Vi siete mai chiesti come fa il nostro corpo a restare caldo, nonostante il freddo dell'inverno? Scopriamolo insieme in questo post che partecipa al "mio" Carnevale della Chimica!
I processi vitali avvengono in condizioni ottimali solo in
un ambito di temperatura abbastanza ristretto; nell'uomo la temperatura può variare senza conseguenze solo tra 36,4 °C e 37,2 °C.
Se la temperatura corporea è
troppo elevata, le cellule possono subire seri danni; viceversa, se è troppo
bassa, il metabolismo e le attività della cellula rallentano fino ad essere incompatibili
con le esigenze dell’organismo.
L’uomo è capace di mantenere costante la
propria temperatura, entro 1°C,
al variare di quella esterna da 5°C
a più di 40°C.
Per far questo si avvale di molti messaggeri
chimici: è grazie a loro che il centro e la periferia del nostro corpo
collaborano per mantenere costante la temperatura!
La temperatura viene avvertita da termorecettori presenti nella pelle. Quelli di Krause sono più superficiali e sono sensibili al freddo; i corpuscoli di Ruffini, invece, si trovano più in profondità e sono sensibili al caldo.
I termorecettori
inviano le informazioni raccolte a centri
nervosi termoregolatori; questi centri si trovano nell’ipotalamo. Questa regione del cervello, inoltre, riceve informazioni
direttamente dal calore portato dal sangue.
I centri nervosi termoregolatori, a loro volta, inviano
segnali che modificano la termogenesi
corporea e la dispersione di calore
con l’obiettivo di mantenere costante la temperatura interna.
Controllo della
termogenesi:
Il controllo della termogenesi avviene regolando soprattutto
l’attività dei muscoli striati
scheletrici che sono un’importante sede termogenetica [1]. Ciò avviene,
inizialmente, aumentando il tono
muscolare, ovvero il grado di contrazione basale del muscolo [2]. Tale
controllo si attua per via nervosa: i motoneuroni liberano, infatti,
acetilcolina, neurotrasmettitore che induce la contrazione muscolare.
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| Acetilcolina, immagine di Wikipedia |
Se la contrazione deve essere ulteriormente aumentata per
produrre calore, allora si manifestano brividi e tremore muscolare: i brividi aumentano del 300% la
produzione termica rispetto al livello basale di contrazione.
L’aumento del tono muscolare e i brividi sono controllati in
modo del tutto indipendente dalla nostra volontà. Quando c’è freddo, tuttavia,
possono essere innescate, con lo stesso scopo, anche azioni volontarie: ad
esempio, battere i piedi.
Parallelamente intervengono meccanismi ormonali: è indotta, infatti, la produzione ormoni attivi sul metabolismo.
In primo luogo si assiste alla liberazione di catecolamine da parte della midollare del surrene: esse agiscono
prontamente per integrare l’azione dei muscoli. La loro azione è rapida perché
la liberazione di queste sostanze chimiche è controllata per via nervosa.
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| Adrenalina, una catecolamina prodotta dalla midollare del surrene; immagine di Wikipedia. |
Se la necessità di produrre calore persiste, vengono
liberati anche gli ormoni tiroidei;
in questo caso, la risposta è più lenta perché il meccanismo che li regola è di
tipo neurormonale.
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| L'ormone tiroideo tiroxina, immagine di Wikipedia. |
Gli ormoni agiscono favorendo l’ossidazione [3] di sostanze
nutritive e la liberazione di
energia (ATP), sottoforma di forma di calore.
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| L'adenosina trifosfato (o ATP) è un ribonucleotide trifosfato formato da una base azotata, cioè l'adenina, dal ribosio, che è uno zucchero pentoso, e da tre gruppi fosfato. È la "moneta" energetica della cellula. Immagine di Wikipedia. |
Il calore metabolico
è indispensabile per mantenere costante la temperatura corporea. Come già
accennato, la muscolatura scheletrica e cardiaca producono calore durante la
contrazione: 2/3 dell’energia derivante dall’ATP che sostiene la contrazione
muscolare, si trasforma in calore.
Oltre ai muscoli, il fegato
è un organo importante per la termogenesi, perché sede di un’attività
metabolica intensa.
Nei primi mesi di
vita, infine, è presente anche del grasso
bruno che aumenta la resistenza al freddo.
Controllo della dispersione
termica:
Il controllo della dispersione termica si attua, invece,
attraverso varie risposte secretorie e vasomotorie che si manifestano a livello cutaneo.
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| Sezione della cute. Tratta dal sito: http://www.larapedia.com |
Attraverso la cute avviene continuamente una cessione di
calore per evaporazione detta perspiratio insensibilis; si tratta di un fenomeno fisiologico che interessa gli strati
epidermici con trasferimento di acqua dal derma allo strato corneo (strato superficiale dell'epidermide). Questo
flusso di acqua è continuo e non è avvertito.
Se l’aria a contatto con il corpo è secca l’evaporazione e la
dispersione di calore possono avvenire anche quando la temperatura dell’aria
sia uguale o superiore a quella corporea. La perdita di calore per evaporazione
può essere notevolmente aumentata dal
sudore.  |
| Immagine di una ghiandola sudoripara, dal sito http://www.my-personaltrainer.it |
Esso è costituito da acqua
e sali organici ed inorganici.
Il sudore primario prodotto dalla ghiandola è ricco di Cloruro
di sodio (NaCl) e urea.
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| Cristallo di Cloruro di Sodio (NaCl). Immagine di Wikipedia. |
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| La molecola dell'urea. Immagine di Wikipedia. |
Il cloruro di sodio viene poi riassorbito per trasporto attivo dalle cellule del dotto
escretore. Per questo il sudore è un liquido isotonico. In caso di sudorazione
abbondante può essere impedito il riassorbimento di NaCl e si assiste ad una
maggior perdita di sali che non può essere a lungo tollerata dall’organismo.
Il flusso termico nelle regioni profonde è facilitato anche
dalla circolazione del sangue che,
fluendo dai vasi profondi a quelli superficiali, trasporta calore. Al di sotto dell’epitelio cutaneo e nel
derma esiste, infatti, una fitta rete di capillari: la
circolazione in queste zone può variare da 0,5 l/min a 3 l/min per esigenze di termoregolazione.
Inoltre al di sotto del derma è presente il pannicolo adiposo con bassa conducibilità
termica. Esso è dotato di piccoli vasi dotati di grande motilità.
Se si contraggono, giunge poco sangue a livello del derma,
impedendo la dispersione di calore
Se si dilatano, il sangue fluisce e con esso il calore,
favorendone la dispersione.
Per riassumere, eccovi uno schema:
E per chiudere una curiosità: perché gli indumenti scaldano?
La capacità degli indumenti di fungere da isolanti termici è
quasi esclusivamente legata al fatto che l’aria nel tessuto è racchiusa in
piccole concamerazioni e non può essere animata da veloci movimenti convettivi,
che asporterebbero calore. Un indumento bagnato, se non appositamente
strutturato, perde la capacità di isolante termico perché l’acqua ha un elevata
capacità e conduttività termica che accelera fortemente la cessione di calore.
Tania Tanfoglio
Note:
[1] Sede nella quale avviene la termogenesi, ovvero la
produzione di calore.
[2] I muscoli hanno un grado di contrazione minimo, detto basale,
che ci consente di mantenere la posizione corporea, stare seduti ecc.
[3] Ossidazione: reazione chimica per cui una sostanza o un
elemento reagisce con l'ossigeno.
[4] Bassa conducibilità termica: conduce poco il calore.
Bibliografia:
Casella C.,
Taglietti V. Principi di fisiologia - Vol. 1 e 2, La Goliardica Pavese.
