Una temperatura da brivido

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.

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.

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. 

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.

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.

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.

Cristallo di Cloruro di Sodio (NaCl). Immagine di Wikipedia.

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.
Che altro dirvi? L'appuntamento su queste pagine è per il 23 dicembre con il Carnevale della Chimica #12!
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.