Appunti di Fisiologia dell’Esercizio Fisico per Scienze Motorie

Appunti condivisi da Laura Marchetti, studentessa di Scienze Motorie presso l’Università degli Studi di Ferrara.

Parlando dei centri nervosi responsabili della termoregolazione la cosa più semplice per localizzarli è quella di riscaldare o raffreddare localmente il SN, non abbiamo altri mezzi; noi potremmo effettuare un riscaldamento/raffreddamento globale ma a quel punto noi vedremmo una risposta termoregolatoria generalizzata e nn riusciamo a capire chi sia la causa di questa cosa.

Allora la volta scorsa stavamo guardando un vecchio esperimento (pubblicato nel 1938) in cui una specie di sonda veniva introdotta a varie profondità nell’ipotalamo per capire qual’era il punto preciso in cui si ottenevano le massime risposte termoregolatorie, e come risposte termoregolatorie qui vi misurava la ventilazione polmonare, che è un indice di riscaldamento perchè se no in un animale tutte le volte che c’è troppo caldo per esempio il cane si mette ad ansimare, oppure in condizioni di caldo ulteriormente elevato il cane tira fuori la lingua mostrando la cosiddetta polipnea termica, respiro affrettatissimo.

Questo esperimento viene effettuato utilizzando un ago,una canula molto sottile formato da 2 pareti (quindi 2 aghi uno dentro l’altro con una intercapedine tra quello interno e quello esterno) e veniva fatta circolare in mezzo a questo sistema dell’acqua a temperature variabili. Quello che si vede: la regione tratteggiata è quella dove si ottiene la massima risposta respiratoria, termoregolatoria. Cos’è quella regione lì e in che maniera funziona?quella regione fa parte dell’ipotalamo; nell’ipotalamo le regioni che hanno una particolare importanza per la termoregolazione sono: AREA PREOTTICA e il NUCLEO IPOTALAMICO ANTERIORE; sono nuclei molto vicini alla linea mediana, grossi i neuroni e contengono, entrambi i nuclei, una popolazione di neuroni termosensibili, cioè neuroni la cui frequenza di scarica si modifica col modificarsi della temperatura (sono cioè neuroni che scaricano sempre, hanno una scarica tonica perchè se per caso arriva uno stimolo termico loro modificano la frequenza di scarica, ma xchè ci sono 2 regioni dell’ipotalamo? Perchè la regione più anteriore, cioè la preottica, è una regione sensibile al caldo (i neuroni termocettori situati all’interno dell’area preottica sono sensibili ad aumenti di temperatura), mentre invece la regione posteriore ossia il nucleo ipotalamico anteriore è una regione sensibile al freddo in quanto i termocettori lì contenuti rispondono a delle riduzioni di temperatura.

Per quale motivo il cervello deve distinguere in 2 regioni diverse i neuroni sensitivi al caldo e quelli sensitivi al freddo?xchè le risposte che l’organismo dà al freddo e al caldo sono completamente diverse, quindi è chiaro che chi guida l’organizzazione è il tipo di risposta che l’ipotalamo deve dare. Quindi i neuroni sensibili al caldo nella regione preottica anteriore saranno quelli che generano risp al caldo, che servono a riportare in giù la temperatura corporea, mentre invece i neuroni che si trovano nell’ipotalamo anteriore, sono quelli sensibili al freddo e genereranno risposte al freddo. E’ imp ricordare che all’interno dell’ipotalamo nn vi sono soltanto neuroni termosensibili xchè altrimenti il sistema nn potrebbe funzionare, xchè oltre ai misuratori di temperatura reale ci servono dei neuroni che tengono in memoria il valore ideale di temperatura, quindi occorre qsta popolazione di neuroni che creano questo SET POINT, cioè qsto punto di regolazione, che è quello a cui si riportano tt i meccanismi di regolazione in caso in cui si assista alla deviazione della temperatura corporea.

Qsti neuroni del set point lavorano in modo tale da considerare la temperatura normale quella di 37°, cioè loro tengono in memoria un valore di riferimento di 37°, 37° xò nn è la temperatura di tt il corpo ma la temperatura della parte più interna del nostro organismo. Le dimensioni della regione a 37°cambiano a seconda della temperatura esterna, in qsta immagine qste sono delle linee isoterme, che congiungono i pt della superficie corporea a varie profondità, ognuna delle quali ha la stessa temperatura. Quello che importa al sistema nn è che tt l’organismo si trovi ad una temperatura costante, ma che venga tenuta costante qsta regione centrale che contiene il cervello e le strutture interne al cranio, i visceri addominali e toracici. Qsta regione viene mantenuta a temperatura costante xchè lì si svolgono le reazioni metaboliche importanti e xchè lì è importante che il mezzo interno mantenga le stesse concentrazioni e gli stessi parametri. A seconda delle temperatura ambiente è ovvio che le regioni interne e le più esterne possono raffreddarsi/riscaldarsi di più. L’ipotalamo nn se ne accorge se uno ha le mani fredde, x qsto ci sono dei recettori cutanei che si informano della temperatura esterna; qndo sentiamo freddo è molto raro che sia x un raffreddamento del nucleo centrale, ma x effetto dei recettori cutanei.

Il set point nn fissa la temperatura in maniera del tutto immodificabile, cioè la temperatura centrale del nostro corpo può subire delle variazioni in seguito alle variazioni del set point; in altri termini: il sistema rimane termoregolato, nn è una variazione della temperatura dovuta ad una nn efficienza della regolazione ma qualcosa modifica il set point.

Quali sono le condizioni in cui la temperatura centrale, cioè quella del set point, di riferimento, cambia?

1. VARIAZIONE CIRCADIANA DELLA TEMPERATURA: nell’arco delle 24 ore la temperatura corporea ha un andamento ciclico con un minimo nelle primissime ore del mattino di circa 36,2 (verso le 5 di mattina) e un massimo nel tardo pomeriggio di circa 37,2 (verso le 18); qsto minimo e massimo è una variazione che può essere anche di un paio di gradi, nn è una variazione assolutamente insignificante.
2. FATTORI ORMONALI: in particolare nel sesso femminile (nell’uomo qsto fenomeno è molto meno evidente) legato al ciclo ovario c’è una variazione che nn è più circadiana ma è mensile (circa 28 gg) secondo cui ci sono dei massimi e dei minimi, x es in corrispondenza dell’ovulazione c’è un massimo (alcuni metodi anticoncezionali si basavano proprio sulla temperatura cosiddetta basale, cioè la misura della temperatura alla mattina al risveglio prima di fare attività fisica).
3. ATTIVITA’ FISICA: in condizioni di elevato sforzo fisico il sistema ci permette un aumento di temperatura centrale, entro certi limiti ovviamente nn si sta parlando di ipertermia successiva ad uno sforzo intenso.
4. FEBBRE: il valore di set point viene modificato dalla presenza in circolo di fattori pirogeni, che possono avere varie origini, possono essere pirogeni provenienti dalle pareti cellulari di batteri o di microrganismi o fattori pirogeni endogeni (la maggioranza) costituiti essenzialmente da prostaglandine, che sono metabolici delle membrane cellulari. Qste vanno in circolo, raggiungono l’ipotalamo e lì fanno modificare il set point (così il sogg ha freddo xchè il termostato si è spostato in alto e quindi si è creato un errore tra la temperatura reale e quella desiderata, e allora abbiamo i brividi, una vasocostrizione diffusa e quindi siamo pallidi). I brividi compaiono in quanto sono un meccanismo che l’organismo usa x produrre calore attraverso la contrazione muscolare. A qsto pt la temperatura sale, raggiunge il set point.

Tre queste condizioni, ed in particolare la febbre, sono condizioni termoregolate, cioè sono condizioni in cui si sposta il valore di riferimento.

Esistono diversi fattori che possono far passare la febbre, quello più naturale è la scomparsa dei fattori che l’hanno prodotto, quindi c’è un infezione in corso, l’infezione guarisce, le prostaglandine nn vengono più liberate, nn sono più in circolo così come eventuali pirogeni esogeni nn sono più in circolo xciò la febbre passa, il termostato ritorna giù e noi ci troviamo in condizione di avere caldo (così come se uno ha la febbre e prende l’aspirina inizia a sudare xchè la febbre scende).

Nn è il sudare che fa passare la febbre!!Noi sudiamo xchè il termostato si è abbassato, quindi si deve permettere la fase di raffreddamento.

L’aspirina si diceva è un classico esempio xchè esplica i suoi effetti in quanto è un inibitore dell’enzima ciclossigenasi che produce le prostaglandine, di conseguenza qnd noi prendiamo l’aspirina blocchiamo la produzione dei pirogeni, i quali in tal modo nn hanno più effetto sul centro ipotalamico del set point e la temperatura scende. Finito l’effetto dell’aspirina, se rimane in atto l’infezione è chiaro che la temperatura torna su.

Quali sono le possibili risposte termoregolatorie?

Grafico: il centro di raffreddamento è influenzato principalmente dall’aumento della temperatura del sangue, il centro di riscaldamento invece è influenzato sia dalla temperatura del sangue sia da recettori cutanei x il freddo, in seguito all’attivazione di qsti 2 centri, a seconda di quale dei 2 viene attivato (quando uno è attivato l’altro è inibito, sono 2 centri che lavorano in antagonismo) si ottengono risp diverse:

• il centro di riscaldamento utilizza un meccanismo potentissimo che è il brivido, cioè l’aumento del tono muscolare e la comparsa dei brividi;
• il centro di raffreddamento utilizza l’aumento della sudorazione, xchè? Noi sappiamo che il calore si trasmette o si disperde attraverso varie possibilità: conduzione (un corpo caldo posto a contatto con uno più freddo gli cede calore); convezione (il trasferimento cioè di calore all’aria: l’aria calda pesa meno di quella fredda, quindi qnd si mette in un ambiente un corpo caldo si verifica un circolo di aria che fa si che ci sia un vento di aria calda che va via dal corpo caldo xchè è più leggera e sale verso l’alto), il nostro corpo conosce bene il meccanismo di convezione xchè negli animali esiste la pelliccia e gli animali si proteggono dalla perdita di calore x convezione essendo ricoperti di pelo, quindi di isolante, è x qsto che esiste il meccanismo fisiologico della orripilazione (pelle d’oca) che negli animali provvisti di pelliccia è fondamentale x drizzare i peli e aumentare lo spessore dell’isolante riducendo così il contatto con l’aria. Noi nn siamo ricoperti dal pelo come l’animale e così qnd ci viene freddo ci vien la pelle d’oca, nell’uomo l’orripilazione(che si verifica solo in alcune regioni) nn ha funzione termoregolatoria. X rimediare alla perdita di calore che si ha x convezione l’uomo rimedia vestendosi; irraggiamento, è un modo di disperdere calore che si basa su un principio secondo cui il calore, che è una radiazione elettromagnetica oltre ad essere una proprietà dei corpi caldi, in altri termini un corpo caldo, con temperatura diversa dallo 0 assoluto emette una radiazione elettromagnetica la cui frequenza dipende dalla temperatura. Qsta emissione elettromagnetica dei corpi caldi fa si che parte dell’energia si perda nell’ambiente, e come facciamo a ridurre la dispersione di calore x irraggiamento?sempre coi vestiti, xchè nn si fa altro che creare un ambiente di riflessione di qsta radiazione; evaporazione, la sudorazione serve a raffreddare, cioè noi ci raffreddiamo nn xchè ci bagniamo, ma xchè il liquido evapora; tanto minore è lo strato di liquido che ricopre la nostra cute e tanto maggiore è l’effetto di raffreddamento xchè? Xchè se noi stamo producendo del sudore, lo strato in cui si genera l’evaporazione è quello più superficiale delle nostre ipotetiche gocce di sudore, di conseguenza l’effetto dovuto al raffreddamento in seguito ad evaporazione (l’evaporazione è una reazione endoergonica, tte le volte che l’acqua passa dallo stato liquido allo stato gassoso assorbe una quantità di calore quindi l’organismo si raffredda x qsto motivo) fa si che si raffreddi il sudore stesso e poi a sua volta il nostro organismo. La condizione in cui sia ha la massima dispersione di calore è la traspirazione, cioè quella in cui l’acqua che viene liberata dalle ghiandole sudoripare passa immediatamente dallo stato liquido allo stato gassoso.

Quindi abbiamo detto: brivido e sudorazione, i 2 meccanismi più ovvi che noi mettiamo in atto qnd ci troviamo in condizioni o di freddo o di caldo, qsti nn sono gli unici; un meccanismo che è molto importante x la regolazionedella temperatura corporea è il MECCANISMO ORMONALE, ci sono ormoni, il più imp è l’ORMONE TIROIDEO, che modificano il metabolismo basale, se si verifica un aumento dell’increzione di ormone tiroideo x es. si assiste ad un importante aumento anche del metabolismo basale, tanto che il segno classico dell’ipertiroidismo è la febbre, ma quella nn è una febbre dovuta alla spostamento del set point, ma è dovuta ad un eccesso di produzione di calore xchè gli ormoni tiroidei accelerano le reazioni metaboliche. Un altro ormone imp è l’ADRENALINA, essa accelera le reazioni metaboliche.

Un altro importante meccanismo è poi quello che riguarda la CIRCOLAZIONE CUTANEA, noi siamo rivestiti da una cute e da una sottocute riccamente vascolarizzati e abbiamo xò il vantaggio di avere a monte di qsta vascolarizzazione capillare un sistema di arteriose, provviste di sfinteri muscolari, che sono sotto il controllo del sistema nervoso simpatico (o ortosimpatico è la stessa cosa). A differenza dei visceri addominali e il cuore che sono sotto il controllo doppio, parasimpatico e ortosimpatico, i vasi sanguigni sono solo sotto il controllo ortosimpatico, quindi loro normalmente si trovano in una condizione di un tono di base, x cui hanno un certo grado di costrizione e la regolazione avviene riducendo il tono simpatico si ottiene una vasodilatazione, al contrario aumentando il tono simpatico si ottiene una vasocostrizione.

Perchè è impossibile il discorso della termoregolazione attraverso la vascolarizzazione cutanea?

Xchè mentre tte le volte che c’è un brivido muscolare è molto facile x noi capire qual è l’effetto sulla termoregolazione (si produce calore e quindi si scalda l’organismo), qnd cominciamo a parlare di circolo cutaneo le cose sono meno chiare xchè in condizioni di temperature più o meno ragionevoli se noi dobbiamo disperdere calore vasodilatiamo, se invece mi trovo in condizioni di bassa temperatura e nn devo disperdere calore ma devo conservare calore x nn raffreddarmi ovviamente vasocostringo. Ma qsto vale, in particolare x quanto riguarda il caldo, se la temperatura esterna è tale da permettere un passaggio di calore dall’organismo all’ambiente, se io mi trovo in un ambiente a 40° è inutile che io vasodilati xchè vasodilatando a 40° ottengo l’effetto opposto cioè ottengo un passaggio di calore dall’ambiente all’organismo; così pure la perdita di calore diventa modesta. In qste condizioni di temperatura occorre invece isolarci dall’ambiente, xchè se aumentiamo lo scambio nn facciamo altro che riscaldarci.

Qsto discorso è importante xchè qnd pensiamo all’allenamento sportivo o alla pratica sportiva qsto problema della vasodilatazione/vasocostrizione diventa fondamentale, se x es si devono fare 40km di corsa con 36° quella diventa una condizione estrema ed in certi casi diventa una condizione pericolosa x la vita xchè si può andare incontro ad un’ipertermia dovuta al fatto che il nostro organismo si trova in una condizione in cui nn ce la fa a termoregolare.

C’è un’altra condizione simile che riguarda il freddo e nn riguarda il caldo “nn prendere freddo dopo mangiato”; il vero problema è che durante la digestione buona parte del sangue viene deviato verso l’apparato gastrointestinale x farlo funzionare, di conseguenza abbiamo veramente il problema di avere freddo molto di più che in condizioni normali, in altri termini il nostro “termosifone superficiale” funziona molto peggio xchè il sangue che in teoria dovrebbe scaldarci attraverso il riscaldamento della superficie in quel caso lì è deviato verso gli organi intestinali che devono funzionare x digerire. Cioè la digestione è pericolosa ma nn di x sé, ma xchè è una situazione in cui attira una % di sangue rilevante (di circa il 20%) che normalmente sarebbe invece disponibile.

Ritorniamo al problema vasodilatazione/vasocostrizione.

“Meccanismi termoregolatori conseguenti alla regolazione del circolo cutaneo”:

Vasodilatazione e vasocostrizione son meccanismi nn assoluti di termoregolazione ma che dipendono dalla temperatura esterna, sono meccanismi importanti ma che dipendono dalla temperatura esterna xchè la temperatura esterna determina il verso dello scambio.

Nel caso in cui sia necessario reagire al caldo: risposta vaso-motoria, risposta dovuta alla sudorazione e risposta endocrina; nel caso invece sia necessario reagire al freddo anche lì avremo risp di tipo ormonale e brivido.

E’ importante tener presente che nn esiste una temperatura vera (esiste un range di variabilità dei parametri del nostro organismo). (Ricordarsi che temperatura rettale, che è un indice della temperatura centrale, è sempre 1 grado in più di quella ascellare).

La temperatura ascellare dell’uomo ideale medio è di 36,5°; quella rettale di 37,2°.

Ritorniamo all’esperimento del 1938 in cui venivano riscaldate varie parti dell’ipotalamo misurando la frequenza respiratoria cm parametro della termoregolazione; noi possiamo fare una cosa del genere riscaldando l’area preottica dell’ipotalamo, qsto è stato fatto nell’esperimento di Parmeggiani che scoprì che la termoregolazione durante il sonno REM è abolita, se uno riscalda l’ipotalamo oltre il valore normale mentre se l’animale si trova nel sonno profondo (nel sonno a onde lente) la frequenza respiratoria al minuto aumenta oltre un certo valore, vuol dire quindi che l’animale termoregola; se qsto viene fatto durante il sonno REM nn c’è variazione della frequenza respiratoria all’aumentare della temperatura ipotalamica. Cioè x motivi, che nn sono noti, durante il sonno rem la termoregolazione si ferma. Qualsiasi fenomeno che si basa su una regolazione cm quella della termoregolazione a set point richiede la precisione del set point, ma chi è che controlla il set point? Cioè se il nostro sistema pian piano comincia a deviare dal valore normale e varia anche di 0,001 al giorno, noi ci troviamo dopo 2 anni in cui la nostra temperatura giusta anziché essere settata a 37 è a 44, qualsiasi sistema di regolazione ha bisogno ogni tanto di un reset.

L’assenza di termoregolazione durante il sonno rem è un fenomeno molto antico, probabilmente ha significato di reset di un set point.

La bilancia della termoregolazione: qsto è il valore di set point che in condizioni normali è di 37°;  lo possiamo fare in 2 modi, o diminuendo le perdite di calore (vuol dire aumentare la vasocostrizione cutanea o trovarsi in un ambiente in cui la temperatura varia), o riducendo l’aumento delle perdite di calore, e viceversa, o aumentando le perdite di calore o riducendo la diminuzione delle perdite di calore.

Grazie a Laura Marchetti per il suo altruismo. Il suo entusiasmo, la sua passione e dedizione per gli studi nell’ambito delle Scienze Motorie sono un esempio per tutti noi.