Gli esseri viventi appartenenti al regno animale possono essere suddivisi in omeotermi ed eterotermi (detti anche pecilotermi). Gli esseri viventi omeotermi (tra i quali c'è l'uomo) sono capaci di mantenere costante la loro temperatura al variare della temperatura esterna.
Gli esseri eterotermi invece non sono capaci di tale regolazione e subiscono quindi gli innalzamenti e gli abbassamenti della temperatura esterna cambiando anche la loro temperatura corporea. Come prima conseguenza si ha che un essere eterotermo subisce notevoli modificazioni del suo metabolismo a seconda della situazione esterna (caldo = buon metabolismo, freddo = rallentamento generale delle funzioni metaboliche).
Anche un essere eteotermo risente dei cambiamenti di temperatura esterna, nel senso che sarà più o meno dispendioso mantenere costante la propria temperatura a seconda della temperatura esterna. Il grande vantaggio degli esseri omeotermi è che, data la loro elevata temperatura, il loro rendimento metabolico resta sempre a livelli ottimali, infatti più la temperatura è elevata* più velocemente avvengono le reazioni chimiche nell'organismo (si tratta, infatti, di reazioni endotermiche). (*) Se la temperatura supera una certa soglia però gli enzimi iniziano a degradarsi e non sono più in grado di compiere le loro funzioni.
La temperatura corporea ideale, che per l'uomo può essere considerata 37° C, in realtà non viene mantenuta in tutto il corpo, ma solo nel distretto splancnico e nel cervello (= zona omeotermica. In questa zona, per la precisione, ci sono variazioni di temperatura, consequenti a variazioni della temperatura esterna, dell'ordine di alcuni decimi di grado.
La periferia del corpo invece resta a temperature più vicine alla temperatura ambiente, e subisce i cambiamenti di questa: nel caso la temperatura esterna sia molto bassa le estremità si raffreddano notevolmente; nel caso la temperatura esterna sia molto alta invece anche le estremità del corpo come le dita possono raggiungere i 37 °C.
I meccanismi di regolazione
La temperatura corporea è mantenuta costante per mezzo di alcuni meccanismi. Innanzitutto il calore corporeo è prodotto essenzialmente dal metabolismo basale, nel senso che ogni reazione chimica che avviene nell'organismo provoca calore (esempio: ATP = ADP + P + calore). Il corpo è soggetto anche ad una costante perdita di calore, eliminato tramite convezione, conduzione (evaporazione) e irraggiamento.
Oltre a ciò particolari situazioni ambientali rendono necessaria la presenza di altri meccanismi o riflessi che mantengano costante la temperatura. Questi riflessi sono regolati dall'ipotalamo, e si dividono in due categorie: riflessi consequenti ad uno stato di caldo (regolati dall'ipotalamo anteriore) e ad uno stato di freddo (regolati dall'ipotalamo posteriore). A loro volta questi riflessi possono agire sia favorendo (limitando) la perdita di calore sia limitando (favorendo) la sua produzione.
Nel caso la temperatura esterna sia troppo elevata il corpo, per mantenere la sua temperatura costante, si avvale di:
meccanismi che favoriscono la perdita di calore:
- vasodilatazione cutanea (meccanismo termico primario) - sudorazione (meccanismo termico primario) - maggiore ventilazione polmonare* (meccanismo termico secondario)
meccanismi che limitano la produzione di calore:
- diminuzione del metabolismo basale - diminuzione della secrezione dell'ormone tireotropo (secreto dall'ipofisi anteriore) con conseguente diminuzione della produzione di tiroxina da parte della tiroide. Questo è un meccanismo a lunga durata. L'ormone tireotropo viene detto ormone "calorigeno" o acceleratore del metabolismo basale.
Nel caso la temperatura esterna sia troppo bassa il corpo, per mantenere la sua temperatura costante, si avvale di:
meccanismi che limitano la perdita di calore:
- vasocostrizione cutanea - piloerezione*
meccanismi che favoriscono la produzione di calore:
- brividi (un lavoro muscolare libera calore) - aumento della attività muscolare volontaria - aumento del metabolismo basale - aumento della secrezione dell'ormone tireotropo con conseguente aumento della produzione di tiroxina da parte della tiroide.
(*) maggiore ventilazione polmonare e piloerezione sono due meccanismi che non vengono usati dall'uomo. La maggior ventilazione polmonare è un meccanismo attuato dagli animali con pelliccia, che non possono sfruttare efficacemente la sudorazione cutanea, poiché hanno la cute ricoperta da fitti peli. Essi però possono sfruttare i peli (piloerezione) per aumentare lo spessore del cuscinetto d'aria che li isola dall'esterno, in modo da diminuire la perdita di calore.
Il meccanismo della sudorazione, la perdita costante di calore
Il sudore, liquido che il corpo espelle tramite la cute, per passare dallo stato liquido a quello gassoso (evaporazione) ha bisogno di energia (calore). Poichè il calore necessario all'evaporazione è fornito dal corpo stesso, segue che il sudore evaporando sottrae calore (raffredda) il corpo.
In condizioni normali (ambiente esterno a 20° C, umidità normale) l'evaporazione, che non può essere eliminata mai del tutto, è responsabile del 25% della perdita di calore del corpo. La convezione è responsabile del 30% e l'irraggiamento del 45%.
In condizioni di ambiente esterno molto caldo (38° - 40° C) quasi tutta la perdita di calore si verifica tramite evaporazione. Se l'umidità esterna è anch'essa elevata, però, l'evaporazione risulta fortemente impedita. E' noto infatti che il caldo umido sia più difficile da sopportare che il caldo secco.
L'ipotalamo e i riflessi termoregolatori
L'ipotalamo è dotato di circa 15 nuclei, dei quali abbiamo già nominato il sopraottico ed il paraventricolare. Possiede inoltre i centri di regolazione dei meccanismi termoregolatori
Le informazioni sulla temperatura corporea sono elaborate dai termorecettori periferici e centrali. Entrambi i tipi di recettori sono del I° tipo, e appartengono al sistema nervoso somatico. I termorecettori periferici trasmettono alla corteccia le informazioni riguardanti i cambiamenti della temperatura (ovviamente le sensazioni di caldo e di freddo sono coscienti) tramite appositi fasci spino-talamici e talamo-corticali. In prossimità del bulbo, del ponte e del mesencefalo i fasci spino-talamici inviano dei collaterali all'ipotalamo.
I termorecettori centrali, presenti nell'ipotalamo e sensibili a cambiamenti di temperatura dell'ordine di alcuni decimi di grado, informano l'ipotalamo stesso delle sue variazioni di temperatura. Quando i recettori centrali diminuiscono la loro frequenza di scarica (segno di un abbassamento della temperatura della zona splancnica) l'ipotalamo mette in azione, tramite il sistema nervoso orto- e para-simpatico, tutti quei meccanismi necessari ad innalzare la temperatura. I meccanismo vengono interrotti quando la frequenza di scarica è tornata normale. Una azione concettualmente identica avviene quando la frequenza di scarica dei termorecettori centrali aumenta.
I meccanismi di termoregolazione seguono ad una variazione della frequenza dei potenziali d'azione dei termorecettori centrali. In questo senso essi sono "più importanti" dei termorecettori periferici. I termorecettori periferici infatti sono deputati essenzialmente alle sensazioni di caldo e di freddo, ed i collaterali che giungono all'ipotalamo hanno funzione di campanello d'allarme. Infatti i cambiamenti della temperatura vengono recepiti prima a livello periferico e poi a livello della zona omeotermica.
Febbre (innalzamento della temperatura corporea)
L'ipotalamo "sa" che la temperatura ideale del corpo umano è 37° C (non si conosce molto sul come e sul perché l'ipotalamo abbia questa informazione). Si può affermare quindi che l'ipotalamo possegga un set point fissato a 37° C. La febbre è una alterazione del set point, che può essere causata da agenti pirogeni endogeni (formati cioè dal nostro stesso organismo in situazioni patologiche) o pirogeni esogeni (formati cioè da tossine batteriche).
In caso di febbre quindi l'ipotalamo mette in azione tutti quei meccanismi atti a portare la temperatura corporea da 37 a 38, 39 o 40° C: dipende da dove sia stato fissato il set-point patologico. Un individuo con la febbre quindi presenta per esempio brividi e vasocostrizione cutanea, segno che il corpo sta tentando di aumentare la propria temperatura. Quando vengono somministrati dei farmaci o quando l'organismo da solo "aggiusta" il set-point dell'ipotalamo la febbre scende, e l'individuo presenta tutti quei meccanismi atti a far scendere la temperatura da (per esempio) 40 a 37° C.
Poichè, come abbiamo visto, tutte le reazioni chimiche dell'organismo avvengono più velocemente a temperature più alte (entro un certo limite) è possibile che la febbre sia un segno che l'organismo ha bisogno di una "super efficienza" per combattere degli agenti patogeni, per esempio.
Essendo quindi una naturale difesa dell'organismo, non è utile (a meno che determinate condizioni non lo impongano) far scendere artificialmente subito una febbre leggera, poiché in questo modo l'organismo non può più contare sulla "super efficienza" di cui aveva bisogno. E' invece sempre necessario intervenire su una febbre notevole (39-42° C) poiché in queste condizioni si possono manifestare notevoli difficoltà del metabolismo.