CAP.2   La Termoregolazione

        2.1  Reazioni del sistema termoregolatorio alle variazioni di temperatura
        2.2  Modello dell' equilibrio termodinamico


2.1 Reazioni del Sistema Termoregolatorio alle Variazioni di Temperatura

Un soggetto esposto, per un certo periodo, ad un campo EM si riscalda; ma la variazione della sua temperatura interna non è proporzionale all' assorbimento di energia EM, poiché tutti gli animali endogeni (a sangue caldo), quindi l'uomo, reagiscono ai cambiamenti di temperatura con il loro sistema di termoregolazione.
In aria secca, un individuo nudo è capace di mantenere indefinitamente una temperatura interna normale, attorno ai 37 °C; temperature somatiche superiori a 40 °C (alle quali alcune proteine coagulano) e inferiori a 35.5°C sono ritenute pericolose. La temperatura somatica è quasi completamente regolata da meccanismi nervosi a feedback e quasi tutti questi operano mediante i centri della regolazione della temperatura che si trovano nell'ipotalamo.
Affinchè questi meccanismi di feedback possano operare devono esistere dei recettori della temperatura somatica. I sensori della temperatura si trovano sia all'esterno, sulla pelle, sia in varie strutture interne, cervello compreso. I sensori sono dei neuroni, alcuni dei quali sono sensibili al caldo, altri al freddo.
L' ipotalamo funziona come un termostato: quando rileva che la temperatura somatica è troppo alta entra in funzione un processo per dissipare il calore, che impiega due meccanismi:

Quando invece la temperatura è troppo bassa si ha : Nella tabella 1 sono elencate le varie reazioni alle diverse temperature esterne senza umidità.
 
Tabella 1
   C°
Sensazioni
Responso fisiologico
Rischi per la salute
45°
 Intollerabile Riscaldamento rapido del corpo; fallimento del sistema di termoregolazione Collasso cardiocircolatorio
40°
 Molto fastidio, 
caldo		 100% della superficie corporea ricoperta da sudore Esposizione temporanea pericolosa
35°
 Fastidio, caldo
 
 Possibile colpo di calore
30°
 Leggero fastidio    
25°
 Zona di comfort 25% della superficie corporea ricoperta da sudore Nessun pericolo
20°
 Leggero fastidio, freddo Vasocostrizione nei piedi e nelle mani Dolori muscolari, diminuzione della circolazioneperiferica
 
Importante è sottolineare che si passa da valori di temperatura per i quali il sistema termoregolatorio riesce a smaltire il calore in eccesso più o meno facilmente a valori per cui l'eccesso di calore porta al collasso cardiaco. Se il tasso di umidità è non nullo, si ha maggiore difficoltà a smaltire il calore in eccesso, in quanto l'evaporazione è ostacolata.
Il funzionamento del sistema termoregolatorio è dunque schematizzabile con un sistema a  controreazione:
 
Fig.1
 
dove TR è la temperatura di riferimento del termostato ipotalamico, TB la temperatura corporea e L l'aumento di temperatura dovuto ad esercizio fisico.
Infatti quando si è sottoposti a stress fisico, si ha una produzione  interna di calore che deve essere dissipato per evitare un eccessivo riscaldamento corporeo, quindi intervengono la sudorazione (le ghiandole sudoripare portano acqua sulla superficie della pelle che evapora raffreddando il corpo) e la variazione di tono dei vasi sanguigni (vasodilatazione, l'afflusso di sangue alla periferia del corpo può aumentare anche di 10 volte per ottenere una maggiore dissipazione di calore). L'esercizio fisico è visto come un aumento del metabolismo del soggetto.
Nel caso di stato febbrile si ha l'innalzamento del punto di riferimento del termostato ipotalamico; le sostanze che provocano questo effetto sono dette pirogene. Quando ciò accade entrano in azione tutti i meccanismi deputati all'aumento della temperatura somatica; dopo poche ore la temperatura somatica si innalza. Tutto ritorna nella normalità quando, con somministrazione di antipiretici, o perchè l'infezione eventualmente presente cessa, il livello del termostato torna su livelli non patologici.

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2.2 Modello Dell' Equilibrio Termodinamico

L'equilibrio termodinamico tra il soggetto e l'ambiente esterno può essere analizzato tramite un modello :

che esprime la conservazione dell'energia.
Nel primo membro della (1) si ha :
M è il termine che tiene conto del calore prodotto dal processo metabolico (in caso di crisi ipoglicemica si ha sensazione, non reale, di freddo). Nel nostro organismo avviene una reale combustione provocata dalla metabolizzazione di grosse quantità di ossigeno (circa 250 ml/min in situazione di riposo, cioè in ambiente termicamente neutro, a riposo fisico e mentale e ad almeno 12 ore dai pasti) per la trasformazione "locale" (nelle cellule) dell'ATP in ADP. La capacità di produrre calore è ovviamente funzione dello stato biologico del soggetto (peso, dieta) e soprattutto delle funzioni endocrine. La maggior parte del calore viene prodotto nel tronco, nelle viscere e nel cervello e, successivamente (in breve tempo) tramite il sangue viene trasferito al resto dell'organismo.
W tiene conto, invece, del tasso di potenza con cui viene fatto lavoro dal corpo e rappresenta l'aumento del metabolismo per esercizio fisico.
Al secondo membro della (1) troviamo i termini che rappresentano l'energia ceduta all'ambiente:
R tiene conto del fatto che ogni corpo irradia verso l'esterno a infrarosso (effetto limitato dalla presenza degli indumenti).
S  rappresenta il calore immagazzinato dal corpo.
C rappresenta il termine di convezione ed è funzione della differenza tra la temperatura esterna (aria) e quella della pelle. Il corpo umano se coperto da vestiti presenta una certa resistenza al flusso di calore tra pelle ed ambiente esterno; essa risulta funzione diretta dello spessore dello strato di aria trattenuto dai vestiti. C, dunque, tiene conto dei moti convettivi dell'aria intorno al corpo e della vasodilatazione o vasocostrizione a seconda dei casi.
Risulta : E è il tasso di perdita del calore per evaporazione (consente di dissipare circa 0.58 kcal/g). L'efficenza della termoregolazione tramite sudorazione diminuisce quando la percentuale di umidità dell'aria è sufficientemente elevata (come d'estate). L'aumento della pressione di vapore rende difficile la dissipazione di energia verso l'esterno con conseguente accumulo all'interno.
Risulta: in cui : Il problema di definire quali sono gli effetti termici dell'applicazione di un campo E.M. a microonde su un sistema biologico diventa, allora, quello di individuare il comportamento del sistema termoregolatorio in seguito ad un'esposizione E.M. e quindi di capire se l'organismo interpreti questo tipo di riscaldamento come un innalzamento del livello del termostato ipotalamico o come un aumento della produzione interna di calore.
Nielsen e Nielsen hanno dimostrato la equivalenza del comportamento termoregolatorio nei due casi di riscaldamento passivo (attraverso diatermia) e di riscaldamento attivo (attraverso esercizio fisico). L' energia assorbita dall' organismo per effetto del campo EM viene considerata in maniera equivalente a quella frutto della produzione metabolica. Si può introdurre, quindi, nel modello matematico sopra considerato un nuovo parametro ARF che tiene conto del tasso di assorbimento di energia dovuta al campo :

        ( M ± W ) + ARF = ± R ± C ± E ± S                                                         (4)

Si è osservato sperimentalmente che si hanno sensazioni di calore sottoponendosi per 4 secondi a irradiazione nelle seguenti condizioni :

Tabella 2
Si nota che, all'aumentare della frequenza, la sensazione di calore si avverte a potenze minori poiché il campo tende a concentrarsi in superficie, cioè sulla pelle, dove i sensori di temperatura registrano, con un certo ritardo temporale rispetto all'inizio dell'irradiazione, una sensazione di calore dovuto a innalzamento del SAR locale. La sensazione di calore è avvertita anche quando l'irradiazione cessa perché esiste un tempo di smaltimento del soggetto.

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