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* * Faculdade Maurício de Nassau Departamento de Biofísica Prof(a). LUCIANA TEIXEIRA BIOFÍSICA DA TERMORREGULAÇÃO * * Referência bibliográfica GARCIA, E. A. C. Biofísica, São Paulo, Editora Sarvier, 1998. (caps. 11 a 13) Revista Brasileira de Anestesiologia vol.56 no.1 Campinas Jan./Feb. 2006 (SCIELO) TERMORREGULAÇÃO * * "Ainda que a temperatura do ambiente externo varie de 13° aos 70° C, a temperatura corporal será mantida praticamente constante. TERMORREGULAÇÃO * * capacidade de um organismo utilizar-se de vários mecanismos para garantir que a sua temperatura corporal seja mantida na faixa apropriada à espécie. TERMORREGULAÇÃO * * Organismo Unicelular Organismo Pluricelular “Autonomia máxima” Constância do Meio Interno Temperatura constante! autonomia máxima! (maior independência das condições variáveis do meio externo) TERMORREGULAÇÃO * * Endotermia (gr. éndon = interior) Independem de fontes externas de calor Termorregulação via produção metabólica de calor temperatura “constante” Mamíferos e aves Ectotermia (gr. ektós = exterior) Dependem de fontes externas de calor Termorregulação via fontes de calor fora do organismo Todos os outros animais * * Endotérmicos produzem: 1. Termogênese: a) Química : Metabolismo b) Mecânica : Calafrio 2. Termólise: Mecanismos Efetores Regulação do Fluxo Sanguíneo Cutâneo (vasodilatação OU vasoconstrição) TERMORREGULAÇÃO * * Sinais vitais (em pacientes hospitalizados): Freqüência cardíaca Freqüência respiratória Pressão Arterial Temperatura Temperatura influencia TODO o metabolismo! * * Lesões Cerebrais, Intermação Arritmia Cardíaca Termorregulação Debilitada Termorregulação Eficiente Termorregulação Debilitada Limite Inferior de Sobrevida Limite Superior de Sobrevida Febre, Exercícios Intensos Normal * * 1. Temperatura Central (TC) T do sangue arterial nas regiões centrais do organismo. Variação diária de 0,5 até 1,5º C. Temperatura Central Normal: Ideal para a manutenção do Metabolismo Basal e da Homeostase Em média, de 36,7º C a 37º C (pode variar) Durante Exercício Físico: pode aumentar, temporariamente, para 38º C até 40º C * * 2. Temperatura Cutânea (TP) Varia com a temperatura do meio ambiente Medição da Temperatura Objetivo: medir a TC (e não a TP) Método mais popular: axilar (menos preciso!) Métodos mais precisos: retal (boa precisão), oral, timpânico, esofágico. Cateter equipado com termistores na carótida, aorta, femoral e outras artérias * * Endotérmicos produzem: Termogênese: Química : Metabolismo Mecânica : Calafrio TERMORREGULAÇÃO * * Termogênese Biológica Química:Todo processo de combustão do corpo resulta em calor Termogênese obrigatória Termogênese adaptativa 1 - Produção de calor pelo metabolismo basal (tiroxina) • Reações químicas exotérmicas no metabolismo dos açúcares, gorduras e proteínas. Alterações Endócrinas (no frio, liberam hormônios como as catecolaminas: noradrenalina e adrenalina, e o hormônio tiroxina que acelera até 100% o metabolismo) 2 - Produção metabólica pelo tecido adiposo marrom (quando presente) • Tecido adiposo marrom: - Principal substrato. - Em todo o corpo - Células inervadas pelo simpático - Muitas mitocôndrias TERMORREGULAÇÃO * Tecido adiposo marrom Altamente vascularizado mitocôndrias especiais inervação simpática Presente em recém-nascidos Termogenina * * Termogênese biológica 1. Mecânica: Baseada no calor durante calafrio Calafrio: Contração desorganizada dos músculos esqueléticos • Resposta involuntária Consumo de O2 ↑ 2 a 5 vezes TERMORREGULAÇÃO * * 1. AUTONÔMICOS (involuntários) 2. COMPORTAMENTAIS (voluntários) Em quase todos os animais (até nos invertebrados) É a busca pela Faixa de Temperatura Ambiente de Preferência (característica da espécie) Características: ESCOLHA do ambiente mais adequado para trocas de calor Adoção de POSTURAS CORPORAIS (encolhidas/estiradas) MAIS ECONÔMICO E EFICIENTE! Mecanismos de Termorregulação * * Mecanismos Efetores (involuntária) Regulação do Fluxo Sanguíneo Cutâneo (vasodilatação OU vasoconstrição) Glândulas Sudoríparas (resfriamento por evaporação) Tremor (ganho de calor) Alterações Endócrinas (no frio, liberam hormônios como as catecolaminas: noradrenalina e adrenalina, e o hormônio tiroxina que acelera até 100% o metabolismo) Piloereção. * * Mecanismos de Troca de Calor Evaporação (22%) Parede Irradiação (60%) Convecção para o ar (15%) Objeto Condução (3%) * TERMORREGULAÇÃO * * TERMORREGULAÇÃO * * Bidirecional Troca de calor por ondas EM Toda matéria que não está em “zero absoluto” irradia iv Corpo Humano irradia raios térmicos em todas as direções Irradiação * * 10 ºC Irradiação 37°C * * 100 ºC Irradiação 37°C * * 37 ºC Irradiação * * Transferência de calor através do contato direto entre um corpo frio e outro quente. Transfencia entre partículas: Pele com ar CONDUÇÃO * * Bidirecional Movimento vibratório “Zona Isolante” (= Zona Privada de Ar) na camada adjacente aquecida (devido à baixa condutividade do ar) Condução * * Condução Sem vento 37 ºC 37 ºC 36 ºC 35 ºC 34 ºC Zoom 34 ºC 37°C PELE * * HIPOTERMIA CONDUÇÃO Mergulhado na água a 0° C, um ser humano só pode sobreviver alguns minutos * * • Leve (35 a 33º C) sensação de frio, tremores, letargia motora, espasmos musculares. A pele fica fria, as extremidades do corpo apresentam tonalidade cinzenta ou levemente arroxeada (cianótica). A pessoa tem confusão mental. Os sintomas dos tipos de Hipotermia * * • Moderada (33 a 30º C) Os tremores começam a desaparecer, a pessoa tende a ficar muito sonolenta, prostrada, quase inconsciente, rigidez muscular, alterações na memória e na fala. Os sintomas dos tipos de Hipotermia * * • Grave (menos de 30º C) A pessoa fica imóvel e inconsciente, as pupilas se dilatam e a freqüência cardíaca diminui, se tornando quase imperceptível. Se o paciente não for devidamente tratado, a morte é inevitável. Os sintomas dos tipos de Hipotermia * * Fatores pessoais: Roupa inadequada Roupa molhada Extremos de idade (recém-nascido, idoso) Alteração do estado de consciência Debilidade e exaustão Imobilidade Fatores que predispõem para o aparecimento de hipotermia * * Drogas: Álcool Anestésicos Antitiroidianos Narcóticos Sedativos/hipnóticos Hipoglicemiantes Fatores que predispõem para o aparecimento de hipotermia * * Estado de saúde Alcoolismo Insuficiência cardíaca Demência Lesões do SNC Secção transversal da medula espinhal Fatores que predispõem para o aparecimento de hipotermia * * Estado de saúde Encefalopatia Mal nutrição Mixedema (hipotireoidismo) Hipopituitarismo Insuficiência supra-renal Choque Fatores que predispõem para o aparecimento de hipotermia * * Massas Iguais ( produção de calor igual) Tecido Qualquer ↓Superfície (mais quente) Área de Superfície x Massa 25°C 37°C * * Pele Camada Isolante (aumentada por causa dos pêlos) Piloereção Irradiação Condução Irradiação Condução * * Pele Roupa Irradiação (50%) Condução ( 50%) Irradiação Camada Isolante (aumentada por causa da roupa) Roupa Normal Condução * * Água Pele Roupa Condução Camada Isolante Roupa Molhada ↑Condução em até 20 vezes! Água condutância muito maior que a do ar! * * Corpo humano: pele e pulmões 20 a 25% Quente Frio na febre e hiperventilação pulmonar por taquipnéia Queimados hipertermia Evaporação * * Evaporação (100% da perda de calor) Paredes (50 ºC) Irradiação Condução do ar (50 ºC) T Externa > T Interna Grande importância da Evaporação! * * EVAPORAÇÃO INSENSIVEL Sem representatividade na termorregulação. • SENSIVEL O suor, ao evaporar, absorve calorias da pele, provocando refrigeração. * * Convecção transferência de energia térmica através da movimentação de massas de fluido. Fluxo ocorre devido as diferenças de densidades provocadas pelas próprias diferenças de temperaturas. TERMORREGULAÇÃO * * Vasoconstrição x Vasodilatação Vasoconstrição Vasodilatação Temperatura Condutância térmica da pele PELE = Sistema de “Irradiação de calor” controlado (vasoconstrição x vasodilatação) * * TERMORREGULAÇÃO A manutenção da temperatura central é feita por mecanismos homeostáticos eficientes que visam manter as reações químicas orgânicas dentro de padrão compatível com a normalidade. * O calor é gerado principalmente no cérebro, coração, fígado e músculo esquelético. * O calor (abreviado por Q) é a forma de inserir energia térmica entre dois corpos que se vale da diferença de temperaturas existente entre eles. Não é correcto afirmar que um corpo tem mais calor que outro; o calor é uma forma de transferir energia de um sistema para outro, sem transporte de massa, e que não corresponde à execução de um trabalho mecânico. A transmissão de energia sendo função da diferença de temperatura entre os dois sistemas - Convencionalmente, se um corpo recebe energia sob a forma de calor (e não sob a forma de trabalho), a quantidade Q é positiva e se um corpo transfere energia sob a forma de calor, a quantidade transferida Q é negativa. A unidade do Sistema Internacional (SI) para o calor é o joule (J), embora seja usualmente utilizada a caloria (cal; 1 cal = 4,18 J). * A manutenção da temperatura central do organismo com uma variação de apenas ± 0,6°C é feita através de mecanismos homeostáticos eficientes que visam manter as reações químicas orgânicas dentro de padrão compatível com a normalidade. Ainda que a temperatura do ambiente externo varie de 13°C aos 70 °C, a temperatura corporal será mantida praticamente constante. Ao contrário da temperatura central, a temperatura cutânea variará conforme a temperatura ambiente. * Diversos mecanismos podem atuar na regulagem da temperatura do corpo, como tremores (para gerar calor a partir de contrações musculares), palidez (a circulação sanguínea se altera para direcionar menos calor para a pele, perdendo menos calor para o ambiente), ruborização (a circulação sanguínea se altera para irradiar mais calor através da pele), ofegância ou suor (para perder calor através da evaporação). * Calafrio: contração desorganizada dos músculos esqueléticos. É uma resposta involuntária e durante esse estado o consumo de oxigenio pode aumentar de 2 a 3 vezes. Esta resposta é inibida pelo CURARE. * O quadro clínico da insolação e da intermação é semelhante. Na insolação aparecem náuseas, tontura, aumento da temperatura do corpo, sede intensa e diminuição do nível de consciência, com instalação de coma. A intermação é um fenômeno que é descrito como temperatura corpórea acima de 40,5ºC. Geralmente ocorre em jovens que realizam atividade física extenuante (aumento do metabolismo) em ambientes quentes e úmidos (ambiente quentes e úmidos dificultam a evaporação). Esses casos são mais comuns entre atletas, recrutas militares e trabalhadores da construção civil. Nenhum caso foi descrito em banhistas de mar e piscina A intermação ocorre rapidamente e exige tratamento intensivo imediato pelos altos níveis de temperaturas que podem lesar principalmente o cérebro, causando seqüelas definitivas. As apresentações podem ser variadas, com quadros de câimbras intensas, náuseas, com síncope (desmaio) ou quase síncope (sensação de desmaio), ou como um quadro semelhante a um acidente vascular cerebral com graus variados de coma. Em geral, o indivíduo com quadro de intermação apresenta faces rosadas e secas com ausência de suor. Entre os militares, alguns casos graves se associaram à desidratação grave, lesão muscular e insuficiência renal com letalidade de aproximadamente 1%. O exército israelense desenvolveu táticas para evitar o problema, tais como treinamento progressivo da adaptação do soldado a esses ambientes de alta temperatura, turnos curtos de guarda com rápida substituição, hidratação adequada e responsabilização dos oficiais pelos casos ocorridos entre os soldados. Após a geração desse estímulo, ele caminha por células especializadas e ativa todo o coração, permitindo que ele exerça sua principal função: a de bombear o sangue para os vários órgãos de nosso corpo. No entanto, nem sempre as coisas acontecem assim tão bonitinhas. Em alguns casos, por diversos motivos, esse estímulo não é gerado na freqüência correta (podendo ser para mais ou para menos) ou nasce em locais não habituais. Esses estímulos anormais também podem ser conduzidos pelo coração, causando ou não sintomas e podendo levar à morte. As arritmias cardíacas representam esse grupo de distúrbios do ritmo cardíaco, que inclui um grande número de doenças, algumas bastante comuns e outras extremamente raras. É importante saber que podem ocorrer em qualquer idade, independente do sexo e da etnia, estando ou não associadas a outras doenças do coração. * * A temperatura central é a temperatura do sangue arterial nas regiões centrais do organismo. Medidas confiáveis da temperatura central podem ser obtidas por exemplo através de cateter equipado com termistores na carótida, aorta, femoral e outras artérias. Alternativas não invasivas são a temperatura oral, retal e timpânica. Temperaturas medidas na superfície da pele, como é o caso da temperatura axilar, revelam as flutuações da termorregulação periférica que não acompanham necessariamente a variação da temperatura central. * A temperatura central é a temperatura do sangue arterial nas regiões centrais do organismo. Medidas confiáveis da temperatura central podem ser obtidas por exemplo através de cateter equipado com termistores na carótida, aorta, femoral e outras artérias. Alternativas não invasivas são a temperatura oral, retal e timpânica. Temperaturas medidas na superfície da pele, como é o caso da temperatura axilar, revelam as flutuações da termorregulação periférica que não acompanham necessariamente a variação da temperatura central. Calafrio: contração desorganizada dos músculos esqueléticos. É uma resposta involuntária e durante esse estado o consumo de oxigenio pode aumentar de 2 a 3 vezes. Esta resposta é inibida pelo CURARE. * >>O tecido adiposo marrom é um tecido altamente especializado em gerar calor. Está presente em animais hibernantes e em crianças recem nascidas. È altamente vascularizado e possui inervação simpatica. Em temperaturas baixas, o hipotálamo posterior estimula a inervaçao simpatica que desencadeia uma cascata de reações intracelulares, onde finalmente a termogenina, uma proteína transmembrana mitocondrial, realiza a quebra da cadeia respiratória gerando calor em vez de formar ATP Altamente vascularizado, mitocôndrias especiais, inervação simpática (via receptores beta3... AMPc... termogenina transdução de sinal pelo receptor que leva a uma cascata de reações bioquímicas, onde finalmente a termogenina, uma proteína transmembrana, realiza a quebra da cadeia respiratória gerando calor em vez de formar ATP * Termorregulação = regulação da temperatura Temperatura = medida da energia cinética do movimento molecular (movimento vibratório) Calor = fluxo de energia térmica (energia térmica em trânsito) Há dois tipos de mecanismos termorreguladores: os autonômicos (involuntários) e os comportamentais (voluntários). Ambos dependem dos termorreceptores, que são receptores sensíveis a frio ou a calor situados por todo o corpo. Os mecanismos efetores da termorregulação autonômica são: a regulação do fluxo sanguíneo, por meio de vasodilatação, que aumenta a condutância térmica da pele, ou de vasoconstrição, que diminui; sudorese (resfriamento por evaporação); tremores (promove ganho de calor); piloereção; e alterações endócrinas. Já a regulação comportamental, que é a mais eficiente e econômica, depende das sensações conscientes de frio e calor, e ocorre, por exemplo, mediante a busca pela faixa de temperatura ambiente de preferência (característica da espécie) ou pela adoção de posturas corporais ideais (encolhidas ou estiradas). * Sistema Endócrino O sistema endócrino é um conjunto de glândulas de secreção interna. Suas secreções - os hormônios - lançados na circulação sangüínea atuam nas reações do metabolismo, do crescimento, nas funções reprodutoras e no desenvolvimento em geral. O sistema endócrino, juntamente com o sistema nervoso, faz a coordenação do nosso corpo, colocando em harmonia as suas partes, relacionando umas às outras de maneira regular. Das glândulas endócrinas estudaremos a hipófise, a tireóide, as paratireóides, as supra-renais, as ilhotas pancreáticas, o timo e as gônadas (ovário e testículos). Em biologia, um organismo homeotérmico é aquele que mantém constante a temperatura corporal. Um homeotérmico é um animal que é capaz de manter sua temperatura interna num nível estável controlando o ritmo de seu metabolismo. Os únicos organismos que são homeotérmicos são os mamíferos e as aves. Como homeotérmicos podem controlar a temperatura de seus corpos, eles são capazes de manter o funcionamento de seus corpos em ambiente onde pecilotérmicos (ou pecilotermos) não poderiam sobreviver. Um ponto negativo desta característica é que eles são forçados a manter seus corpos sempre na mesma temperatura ou eles morrem. Isso consome uma quantidade de energia considerável. Homeotérmicos têm esta dificuldade especialmente no inverno. Não há alimento suficiente para fornecê-los energia para manter o ritmo de seus metabolismos estável 24 horas por dia. Para compensar a falta de alimento o organismo pode entrar num controlado estado de hipotermia chamado hibernação. Este estado propositalmente diminui a temperatura do corpo de modo que não é utilizada muita energia e o animal não passa fome durante o inverno. Homeotérmicos também gastam uma grande quantidade de energia para não superaquecerem. Para evitar o superaquecimento, um organismo pode ofegar, suar, procurar abrigo ou água * Condução: A troca de calor direta com outros objetos através da condução é responsável por uma parte bem pequena da quantidade de calor perdida(3%). Já a condução para o ar representa uma parte bem mais significativa, cerca de 15%. * * 4 Nota-se que vulgarmente o organismo cria correntes de convecção em sua volta, uma vez que o ar quente tem menor densidade que o ar frio e por isso sobe, afastando-se do organismo. O vestuário minimiza as perdas de calor por condução e convecção ao permitir a criação de uma camada de ar, não renovada, junto à superfície corporal. Contudo, esta capacidade perde-se quando as roupas se tornam molhadas ou húmidas (por exemplo em roupa suada), devido à elevada condutibilidade da água que aumenta a taxa de transferência de calor através da roupa em 20 vezes ou mais. * BIOTERMOLOGIA, TERMORREGULAÇÃO, * * Quando há uma queda brusca da temperatura corporal, as terminações nervosas detectam a baixa temperatura, imediatamente o organismo começa a realizar a vasoconstrição (diminuição do calibre) dos vasos sanguíneos, principalmente da pele, com o objetivo de diminuir a perda do calor e estabilizar a temperatura interna. É por isso que a pele fica fria. Quando a vasoconstrição não é o suficiente para evitar essa queda, aparecem então os tremores, ou seja, contrações involuntárias dos músculos esqueléticos que geram calor. Se o tempo de exposição ao frio ambiental é prolongando, os tremores tendem a diminuírem ou cessarem, surgindo alterações mentais e diminuição da perfomace motora. Lentamente ocorre um colapso do mecanismo termorregulador, incluindo a vasodilatação na pele, em seqüência há perda de calor para o exterior. Dessa forma, a pessoa começa a diminuir seu nível de consciência, suas funções vitais se alteram, o que vai evoluindo até a morte. Os sintomas dos três tipos de Hipotermia; • Leve (35 a 33ºC); sensação de frio, tremores, letargia motora, espasmos musculares. A pele fica fria, as extremidades do corpo apresentam tonalidade cinzenta ou levemente arroxeada (cianótica). A pessoa tem confusão mental. • Moderada (33 a 30ºC); Os tremores começam a desaparecer, a pessoa tende a ficar muito sonolenta, prostrada, quase inconsciente, rigidez muscular, alterações na memória e na fala, entre outros. • Grave (menos de 30ºC); A pessoa fica imóvel e inconsciente, as pupilas se dilatam e a freqüência cardíaca diminui, se tornando quase imperceptível. Se o paciente não for devidamente tratado, a morte é inevitável. Revista Brasileira de Anestesiologia Print ISSN 0034-7094 Rev. Bras. Anestesiol. vol.56 no.1 Campinas Jan./Feb. 2006 JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS: A hipotermia ocorre freqüentemente durante o período peri-operatório, sendo, porém, raramente diagnosticada e tratada. A hipotermia pode ser benéfica ou prejudicial ao paciente dependendo da situação e do procedimento específicos. Este artigo teve como objetivo realizar uma revisão da literatura sobre as indicações e complicações da hipotermia, assim como seu diagnóstico, prevenção e tratamento. CONTEÚDO: São apresentadas as principais causas e complicações da hipotermia peri-operatória, bem como os seus benefícios. CONCLUSÕES: A hipotermia pode ocorrer durante o ato anestésico-cirúrgico devido à inibição direta da termorregulação pelos anestésicos, à diminuição do metabolismo e à perda de calor para o ambiente frio das salas cirúrgicas, mesmo com a utilização de aquecimento ativo. Quando ocorre de forma inadvertida, pode estar associada a numerosas complicações, mas, quando bem indicada, pode proteger órgãos vitais, como o sistema nervoso central e o miocárdio. A manutenção da normotermia reduz os efeitos indesejáveis da hipotermia, sendo a prevenção através do aquecimento, o método mais efetivo. Estratégias de aquecimento ativo ou passivo devem ser empregadas e os tremores musculares devem ser adequadamente tratados, prevenindo desconforto e o aumento da demanda metabólica. Durante a anestesia há redução da taxa metabólica, do consumo de oxigênio e da produção de calor25. A maioria dos anestésicos possui ação vasodilatadora e todos alteram o controle central da temperatura inibindo as respostas termorreguladoras contra o frio, tais como a vasoconstrição e os tremores musculares42-44. Os opióides45 e o propofol46, por exemplo, diminuem de maneira linear o limiar de vasoconstrição e dos tremores. Já os agentes halogenados47,48 diminuem de maneira não linear o limiar de resposta ao frio. Conseqüentemente, em um paciente anestesiado, as respostas termorreguladoras serão desencadeadas a uma temperatura mais baixa do que naquele não anestesiado1 * * Os valores térmicos estão aumentados em certas condições, tais como refeições, exercícios intensos, gravidez ou ovulação. Regulação da temperatura corporal A manutenção da temperatura corporal é resultado do equilíbrio entre a produção do calor (combustão de alimentos, fígado e músculos) e a perda calórica. O calor gerado no interior do organismo chega à superfície corporal através dos vasos sangüíneos que formam o plexo vascular subcutâneo, mas pouco calor se difunde para a superfície, graças ao efeito isolante do tecido adiposo. O fluxo sanguíneo para a pele representa até 30% do débito cardíaco total. A condução do calor para a pele é controlada pelo grau de constrição das arteríolas e das anastomoses arteriovenosas (sistema nervoso simpático), sendo que ao chegar na superfície, o calor é transferido do sangue para o meio externo, através de: irradiação (60%), evaporação (22%), convecção (15%) e condução (3%). A relação área de superficie do bebe com o adulto é pequena 8 para o bebe e 15 para o adulto mas quando faz esta relação com a massa, a do adulto é muitas vezes maior que do bebe portanto o denominador é muito alto (8/10 para bebe e 20/70 para adulto = 0,8 e 0,3) * * convecção: A remoção de calor através de corrente de ar (convecção) é uma etapa após a condução, devido ao fato do ar quente ter a tendência de elevar-se. Este fenômeno evita que o ar quente fique em contato com a pele, o que prejudicaria a troca da calor. * A manutenção da temperatura central do organismo com uma variação de apenas ± 0,6°C é feita através de mecanismos homeostáticos eficientes que visam manter as reações químicas orgânicas dentro de padrão compatível com a normalidade. Ainda que a temperatura do ambiente externo varie de 13°C aos 70 °C, a temperatura corporal será mantida praticamente constante. Ao contrário da temperatura central, a temperatura cutânea variará conforme a temperatura ambiente.
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