2.1  Introduzione

   La termoregolazione è un meccanismo fisiologico mediante il quale l'organismo reagisce ad eventuali variazioni di energia termica , di cui è già dotato, in  modo da mantenere la propria temperatura interna in un opportuno intervallo.  L'attivazione del sistema può essere scatenata da diversi fattori  ambientali  (variazioni di temperatura, di umidità, etc.), ma anche dall'esposizione a  radiazioni elettromagnetiche alle RF (EM/RF).
   La capacità di adattamento a variazioni di temperatura è presente nella  maggioranza degli esseri viventi, ma raggiunge un alto grado di perfezione solo negli omeotermi ("animali a sangue caldo") perché dotati del sistema di regolazione involontario basato sull'equilibrio di due fenomeni: la produzione  e  la dispersione di calore. A più basso livello si trovano gli  eterotermi  ("a  sangue freddo") che assumono quasi la stessa temperatura dell'ambiente in cui vivono  e che sono sensibili a più piccole variazioni.
   Nell'uomo la maggior parte degli organi vitali lavora, in condizioni di normalità, alla temperatura pressoché costante di 37 °C, comunque per valori  compresi tra i 35.5 ed i 40 °C non si rilevano danni all'organismo. Variazioni dal valore medio possono essere dovute ad esercizio fisico, età, stress emotivi, digestione, alterazioni del battito cardiaco o cicliche nelle donne, temperatura ambientale, etc. Al di fuori dei limiti dell'intervallo considerato il corpo è in condizioni di estrema vulnerabilità (a basse temperature si corre il rischio  di congelamento, alle alte la coagulazione di alcune proteine), per cui il  sistema termoregolatorio è dotato di  diversi sistemi di controllo.
 
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2.2  Bilanciamento del calore corporeo

   Un soggetto in condizioni normali produce energia ed è abituato a dissiparla, in analogia a quanto dice il primo principio della termodinamica sulla  conservazione dell'energia, ciò implica che se, nell'arco di una giornata, si verificano delle variazioni di temperatura dovrà intervenire qualcosa  che  permetta di mantenerla costante. Questa situazione di equilibrio può essere  espressa  in termini metematici dalla seguente equazione:

   Il maggior produttore di calore nell'interno del soggetto è il processo metabolico (M): le cellule, per sopravvivere, svolgono una serie di funzioni che  portano alla produzione di calore e che sono alimentate dal cibo, prova ne è che il  primo  effetto che si rileva quando si verifica una crisi  ipoglicemica  è una  sensazione  di freddo (non avendo più zuccheri da bruciare ne deriva l’incapacità  di  produrre sufficiente energia termica). Un altro aspetto importante è il tasso di  potenza con cui viene fatto del lavoro dal corpo (W).
  A destra dell'uguaglianza, nella (1), sono presenti una serie di termini relativi ai processi che servono per compensare la produzione di energia dall'interno, cioè  per  cederla  all'ambiente. Un modo per espellere energia è di irradiare calore (R):  il  corpo  umano  irradia  verso   l'esterno nella zona di  frequenze  dell'infrarosso  perché  in  genere è immerso in ambienti a temperatura inferiore ai 37 °C. Un secondo metodo è quello convettivo (C): l'aria a  contatto con la persona, che  è a temperatura maggiore, segue  dei  moti  convettivi diretti verso l'alto, sono questi che la raffreddano e le fanno cedere  energia.
Un ulteriore termine è il tasso di perdita   di  calore  dovuto all'evaporazione (E)  di  acqua  dalla  superficie  cutanea: il soggetto stimola il funzionamento delle proprie ghiandole, queste consentono di espellere acqua  sulla  superficie del tessuto e la raffreddano  (in questo caso è importante assumere  liquidi  per rendere costante questo processo altrimenti si rischiano disidratazione o  colpi di calore con possibilità di danni). L'ultimo termine (S) è relativo ad eventuali immagazzinamenti di energia.
   Tutti i termini a destra dell'uguale sono preceduti da due segni, positivo  e negativo, per tenere in conto che i processi descritti possono essere utilizzati per aumentare il calore del corpo umano (nel caso di segno meno), ad  esempio  una stufa può irraggiare nel caso di R, un phon può riscaldare per convezione per C, la sauna per E.
   La maggior parte dei sistemi che  intervengono  nella  termoregolazione  sono collegati alla superficie e/o al volume del soggetto in esame, è per questo  che le grandezze coinvolte nella (1) sono espresse in Watt (se si considera il  soggetto nel complesso o ci si riferisce all'intero processo metabolico) o in  W/m2 (se si considera una porzione limitata del soggetto e si  valuterà, ad  esempio, solo l’irradiazione dovuta ad una zona), inoltre le suddette quantità  sono  da intendersi come medie temporali durante l'intervallo di osservazione e all'equilibrio termico. Per legare le informazioni associate alla superficie del soggetto e la potenza che esso irradia complessivamente esiste un coefficiente  caratteristico per ciascuna persona (si esprime in funzione della massa corporea  (w) e dell'altezza (h)), questo ha la dimensione di una  superficie  equivalente,  è indicato con Ad ed espresso dalla formula di DuBois:

 

   Esiste anche una versione generalizzata della espressione (2)  perché si tiene conto del fatto che l'altezza, per soggetti di stessa forma, risulta  proporzionale a w1/3, ciò implica che Ad può essere ricavato direttamente dal peso:

 

   Relativamente ai vari termini introdotti si possono dare indicazioni  quantitative a livello macroscopico. La conduzione (come quantità) è scarsamente  significativa, del resto gli esperimenti vengono condotti  a  temperature  ambientali, per cui l'energia ceduta per questo effetto risulta molto bassa. L'energia ceduta per convezione è espressa quantitativamente dalla formula seguente:

   La convezione in aria dunque risulta funzione della superficie  del  soggetto (A), di un coefficiente di trasferimento di calore k, di un termine legato  alla quantità di aria di volume V che circola attorno al soggetto e dalla temperatura della pelle del soggetto rispetto  a  quella  del  bulbo  secco  ( è una  temperatura esterna standard che prescinde da eventi come umidità). Per esempio il ventilatore agisce sul termine V, cercherà infatti di far aumentare  la  quantità  di aria attorno all'individuo per cui maggiore sarà il calore ceduto.
   Il termine di radiazione è più collegato alla temperatura del soggetto che  a quella ambientale. Viene introdotto un coefficiente hr che è un termine relativo allo scambio radiativo di calore tra un uomo nudo e l'ambiente e  che dipende dalla   stima della temperatura media di radianza (MTR). L'espressione della MTR è la seguente:

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2.3  Produzione endogena di calore: il metabolismo

   La produzione di calore da parte di un essere umano, a riposo fisico e mentale, dopo almeno 12 ore dai pasti (la digestione richiede un grande  afflusso  di sangue allo stomaco che può andare a togliere il calore ad altre parti del  corpo) e in ambiente termicamente neutro (33 °C), è tutt'altro che  trascurabile  e proviene da un reale processo di combustione. E' interessante notare  come  ciascuna cellula possa essere pensata come una microcamera di combustione e, in totale,   per un uomo del peso standard  di  70  Kg e nelle suddette  condizioni , il consumo di ossigeno sia di circa 250ml/min ed il tasso metabolico  basale  (BMR) di 1.2 W/Kg. Questo valore è però indicativo perché  la  capacità di produrre calore è funzione non solo dello stato biologico della persona, ma può essere influenzata dal peso, dalla dieta e molto spesso  da  funzioni  di tipo endocrino e ormonali.
   La maggior parte del calore viene prodotta dal tronco, visceri  e  cervello e trasferita tramite il sangue nel resto dell'organismo, questo è però valido nella situazione di immobilità, infatti anche il solo movimento degli arti può contribuire ad aumentare la  temperatura  corporea.  Il  valore  medio  di  produzione  di calore è di circa 84 W,  ma  tale  valore  potrebbe  oscillare  tra  i  40   e  gli  800 W/m2  (oppure  da  1  a  21 W/Kg)  a  seconda  dell’età, sesso,  taglia  e livello d’attività fisica.

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2.4 Sistemi di controllo del calore

   Ogni volta che si verifica un abbassamento o un aumento del  calore  corporeo, la termoregolazione, fornita di un sottosistema di  controllo  costantemente  in azione e rappresentabile nel suo complesso con uno  schema  (fig. 3)  dotato  di controreazione, entra in azione.
 
 

 

                                                   fig. 3

   Nel sistema compaiono una temperatura di riferimento (Trif) e dei sensori, distribuiti all'interno e sulla superficie del corpo, per un costante monitoraggio della distribuzione del calore corporeo e che fanno capo all'ipotalamo, da questo partono i comandi per i principali meccanismi di controllo. Quando si rileva una differenza tra le due temperature lette,  la termoregolazione entra in azione  stimolando uno o tutti i processi di "difesa" di cui dispone. Nei  grafici  in fig. 4  sono fornite indicazioni qualitative sugli interventi dei sottosistemi  di  controllo della termoregolazione.
 
 

 

 fig. 4

   Al variare della temperatura ambientale è evidenziata la presenza di tre possibili zone: una inferiore alla temperatura  critica  fredda, una superiore alla critica calda ed una neutra. Nella zona intermedia prevale un controllo vasomotorio, in quella critica fredda prevale l'aspetto metabolico  ed in quella critica calda, dapprima si presenta un costante aumento della  sudorazione e del flusso sanguigno poi, con l'aumentare della  temperatura,  comincia una crescita della produzione metabolica per effettto dell’affaticamento del sistema  termoregolatorio.
   Una variazione della temperatura esterna, quando recepita dal sistema  nervoso centrale, induce un'alterazione del sistema muscolare che si manifesta in una dilatazione, oppure in una costrizione, dei vasi sanguigni. Questo  fenomeno  si presenta perché il sangue raccoglie calore nelle zone più interne del corpo e lo trasporta in quelle periferiche per cui, in caso di raffreddamento, la vasocostrizione accelera l'afflusso di sangue (dunque di energia termica), se viceversa si è sottoposti a riscaldamento la vasodilatazione lo rallenta. Un dato da ricordare è che il sangue venoso, quando arriva al cuore, è ad una temperatura inferiore di 1 °C rispetto a quella del sangue arterioso, in questa operazione si  cede 1 Kcal (1.6 Wh) di energia.
   Il sistema di controllo vasomotore è di grande importanza perché consente  di rilevare variazioni di temperatura localizzate, anche lontano dai sensori, e  di trasmetterle a tutto il corpo (totalmente vascolarizzato), per cui un suo sovraffaticamento; ad esempio la permanenza per un lungo periodo in  un  ambiente  molto caldo, può provocare problemi cardiovascolari (la dilatazione dei  vasi  diventa tale da determinare una caduta di pressione ed altri  problemi).  Un'espressione quantitativa del calore perso è data dalla seguente formula:

 

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2.5  Limiti della tolleranza umana al calore provocato dalle radiazioni RF

   Quando dell'energia viene deposta su un soggetto biologico, questa viene trasformata in calore; anche il segnale elettromagnetico è una fonte di energia per cui è normale che l'esposizione a radiazione determini uno stress di tipo termico, però non è altrettanto scontato capire dove  interviene  tale  alterazione a livello termoregolatorio. Quando l'organismo riconosce uno stato patologico reagisce alterando la temperatura di riferimento, se viceversa un soggetto sta compiendo uno sforzo muscolare si verifica un'aumento del calore metabolico, dunque, a seconda del tipo di reazione scatenata dall'esposizione a radiazione, la scelta nel fissare i livelli di pericolosità sarà diversa, infatti l’attività ginnica è riconosciuta come una semplice produzione endogena di  calore e non  è segnalata al sistema nervoso di controllo come fastidio, cosa che invece  accade per la febbre.
   L'esposizione a radiazione EM determina un  aumento  della produzione metabolica, ma a questo punto è necessario  capire  se  la  quantità di energia deposta all'interno del soggetto possa essere compensata dal  sistema termoregolatorio e, dopo un breve transitorio, torni ad essere costante. L'equazione base (1) si trasforma nella seguente:

 
 
in cui il termine ARF  rappresenta la porzione  di  calore  assorbita  dal  campo. In condizioni di normale esposizione il termine W e' trascurabile e la (8) si trasforma nella:

 

L'energia assorbita dal soggetto sarà:                  E = 100 W/m2 * 1.8 m2 * 0.5 * 24 h = 1860 cal
che determina una sovraelevazione di temperatura , decisamente  non  trascurabile, di circa 1 °C, qualora nel soggetto non intervenisse il sistema termoregolatorio e non scambiasse calore con l'ambiente circostante.
   Una serie di esperimenti è stata condotta con lo scopo di valutare quale fosse l'umana resistenza al calore e,  dunque all'aumento di temperatura provocato dall'esposizione ad un campo EM. Sono stati sottoposti  degli individui ad una ben precisa temperatura esterna (misurata  con  umidità  del 50 %) per un lungo intervallo di osservazione; i risultati sono evidenziati dalla seguente tab.2:
 lucido 235/0
 

tab. 2
  Vari studi sono stati condotti per valutare equivalenze tra il calore prodotto per sforzo fisico e quello provocato dall'esposizione a radiazioni.  Stolwijk calcolò  l'aumento  di  temperatura  su un  soggetto  con  il  solo  torace  esposto  ad  un  campo  di  potenza  pari  a 500 W, alla temperatura di  30 °C  e con umidità del 50 % : era di 1.5 °C e pari a quello di un uomo che corre in  bicicletta con una velocità di 50 giri dei pedali al minuto; l'aumento di temperatura stimato era di 4 °C se l'individuo veniva posto nelle stesse  condizioni  precedenti  ed immerso in acqua.
   Negli esperimenti precedenti si è supposto che il soggetto fosse di sesso maschile, sano, in condizioni di riposo assoluto e nudo (l'abbigliamento  ostacola il flusso di calore dalla pelle verso l'ambiente).

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