Termoregolazione ed esercizio fisico al caldo e al freddo

Introduzione(edit | edit source)

L’esercizio fisico al caldo o al freddo può influenzare la capacità dell’organismo di regolare la temperatura corporea. Sebbene questi processi siano efficaci e ben funzionanti in condizioni normali, in condizioni di caldo o freddo estremi la termoregolazione (regolazione della temperatura corporea intorno a un set point fisiologico) può essere inadeguata. Il corpo umano è in grado di adattarsi a queste condizioni termiche ambientali con un’esposizione continua nel tempo. L’acclimazione si riferisce agli adattamenti a breve termine (giorni/settimane) dell’organismo a questi fattori di stress ambientale, mentre l’acclimatazione si riferisce agli adattamenti a lungo termine (mesi/anni) ai fattori di stress ambientale.

Regolazione della temperatura corporea(modifica | fonte edit)

• Gli esseri umani sono omeotermi – ciò significa che la temperatura corporea interna è regolata fisiologicamente e viene mantenuta pressoché costante nonostante le variazioni di temperatura ambientale⁽¹⁾
• Le fluttuazioni nella temperatura corporea solitamente non superano 1,0° C (gradi Celsius) o 1,8° F (gradi Fahrenheit)
• La temperatura corporea è un riflesso dell’equilibrio tra produzione e perdita di calore. Se questo equilibrio viene alterato, si verificheranno delle variazioni della temperatura corporea⁽¹⁾
• Il range di temperatura corporea normale è compreso tra 36,1° e 37,8 C (97,0° – 100,0° F)
  • situazioni che causano una variazione della temperatura corporea normale:
    • febbre dovuta a malattia
    • condizioni di caldo o freddo estremi
    • esercizio fisico pesante e prolungato

Trasferimento di calore tra corpo e ambiente(modifica | fonte edit)

• 

  Figura 1. Scala della termoregolazione

  I tessuti attivi producono calore metabolico⁽¹⁾

• Il calore si sposta dal nucleo del corpo (in profondità nel corpo) all’involucro del corpo (la pelle) attraverso il sangue
• Quando il calore raggiunge la pelle, può essere dissipato per conduzione, convezione, irraggiamento ed evaporazione
• Il mantenimento di una temperatura corporea interna costante dipende dalla capacità dell’organismo di bilanciare l’aumento di calore (dai processi metabolici e dall’ambiente) con la perdita di calore. Figura 1. dimostra questo equilibrio:
  • aumento di calore: calore metabolico e calore ambientale (conduzione, convezione, irraggiamento)
  • perdita di calore: irraggiamento, conduzione, convezione, evaporazione
• Conduzione = trasferimento di calore da un materiale all’altro attraverso il contatto diretto⁽¹⁾
  • esempio: sedersi su gradinate metalliche fredde o calde per assistere a un evento sportivo
• Convezione = trasferimento di calore attraverso il movimento di gas o liquidi su una superficie⁽¹⁾
  • durante il movimento, come ad esempio quando si fa sport, l’aria intorno a noi passa sulla nostra pelle e il calore viene scambiato con le molecole d’aria
  • un maggiore movimento d’aria comporta un maggiore scambio di calore
  • importante fattore termoregolatore quotidiano
• Irraggiamento = trasferimento di calore sotto forma di raggi infrarossi⁽¹⁾
  • il corpo può emettere o ricevere calore radiante
  • importante fattore termoregolatore quotidiano
• Evaporazione = perdita di calore attraverso il cambiamento di fase da liquido a gas⁽¹⁾
  • modo principale per la perdita di calore durante l’esercizio fisico
  • quando la temperatura corporea interna aumenta, la produzione di sudore aumenta, il sudore si trasforma in vapore quando raggiunge la pelle e si verifica un raffreddamento
  • il sudore deve evaporare per avere un effetto rinfrescante, il sudore che cola fornisce un effetto rinfrescante minimo o nullo

Sfide nel trasferimento di calore corporeo(modifica | fonte edit)

• Umidità e perdita di calore⁽²⁾
  • l’elevata umidità limita l’evaporazione del sudore poiché l’aria contiene molte molecole di H₂O
  • la bassa umidità offre un’opportunità ideale per l’evaporazione
• L’evaporazione prolungata del sudore senza un’adeguata assunzione di liquidi può causare disidratazione
• Temperatura della pelle superiore alla temperatura dell’ambiente = perdita di calore per conduzione, convezione, irraggiamento ed evaporazione
• Temperatura dell’ambiente superiore alla temperatura della pelle = il calore può essere eliminato solo attraverso l’evaporazione
• In situazioni di caldo umido, l’evaporazione del sudore è limitata e si verifica una convezione dall’ambiente alla pelle (quindi aumenta il calore)

Controllo termoregolatore(modifica | fonte edit)

Le risposte termoregolatorie del corpo sono molto efficaci per i range normali di temperatura corporea e dell’aria. La temperatura corporea interna a riposo è regolata a circa 37° C (98,6° F). Se la temperatura corporea interna (nucleo) supera i 40° C (104°F), le funzioni fisiologiche saranno inibite. Gli esseri umani sono in grado di resistere brevemente a temperature interne inferiori a 35° C (95° F) o superiori a 41° C (105,8° F).

• Centro termoregolatore del corpo – ipotalamo preottico anteriore (POAH)⁽³⁾
  • agisce come un termostato – monitora la temperatura e accelera la perdita di calore o la generazione di calore quando necessario
• I termorecettori sensoriali forniscono informazioni al POAH
  • pelle – termorecettori periferici
  • cervello e midollo spinale – termorecettori centrali
    • i termorecettori centrali sono più sensibili alle variazioni di temperatura rispetto ai termorecettori periferici
• Quando il POAH percepisce una deviazione della temperatura corporea (al di sotto o al di sopra della norma), invia segnali attraverso il sistema nervoso simpatico ai seguenti effettori termoregolatori⁽³⁾:
  • arteriole cutanee
    • il POAH invia un segnale attraverso il sistema nervoso simpatico alla muscolatura liscia delle pareti delle arteriole, provocando una vasodilatazione o una vasocostrizione
      • vasocostrizione per ridurre al minimo la perdita di calore
      • vasodilatazione per aumentare la perdita di calore
  • ghiandole sudoripare eccrine
    • aumento sufficiente della temperatura interna e cutanea – il POAH invia un segnale attraverso il sistema nervoso simpatico alle ghiandole sudoripare eccrine, portando alla secrezione attiva di sudore. Ulteriori informazioni sulla fisiologia del sudore sono disponibili qui
  • ghiandole endocrine
    • l’effetto di vari ormoni determina un aumento del tasso metabolico cellulare e l’aumento del metabolismo porta a un aumento della produzione di calore
  • muscolo scheletrico
    • l’aumento dell’attività muscolare scheletrica aumenta la temperatura corporea incrementando la produzione di calore metabolico
    • le azioni muscolari possono essere volontarie o involontarie (ad esempio quando una persona ha dei brividi per il freddo)

Risposte fisiologiche all’esercizio fisico al caldo(modifica | fonte edit)

Risposta cardiovascolare(modifica | fonte di modifica)

Indipendentemente dall’ambiente, l’esercizio fisico aumenta il carico di calore per via del lavoro muscolare e dell’aumento del metabolismo. Il POAH invia segnali attraverso il sistema nervoso simpatico alle arteriole cutanee affinché si vasodilatino, aumentando la perdita di calore per conduzione ed evaporazione. La vasocostrizione avviene per ridurre l’afflusso di sangue ai tessuti non essenziali come l’intestino, il fegato e i reni. La gittata cardiaca aumenta ulteriormente per via dell’aumento della frequenza cardiaca e delle variazioni della contrattilità, per mantenere l’afflusso di sangue ai muscoli in attività. Come conseguenza della sudorazione, il volume ematico diminuisce e anche la capacità di aumentare il volume sistolico è limitata per via del ristagno del sangue periferico. La frequenza cardiaca aumenta per compensare per la diminuzione del volume sistolico (un fenomeno noto come deriva cardiovascolare).⁽⁴⁾

Equilibrio dei fluidi(modifica | fonte edit)

Le temperature ambientali calde e l’attività fisica intensa aumentano la temperatura interna e cutanea. Il POAH controlla le ghiandole sudoripare. Il sudore si forma nella sezione arrotolata della ghiandola sudoripara e inizialmente la composizione elettrolitica è la stessa del sangue, poiché il plasma è la fonte di formazione del sudore. Il filtrato del plasma passa attraverso il dotto della ghiandola sudoripara e il sodio e il cloruro vengono riassorbiti nei tessuti e poi nel sangue. Pertanto, il sudore che viene rilasciato sulla pelle ha meno elettroliti del plasma.⁽⁴⁾

• Sudorazione leggera – il filtrato viaggia lentamente attraverso il dotto, quindi c’è più tempo per il riassorbimento di sodio e cloruro e il sudore è molto diluito

• Sudorazione abbondante – c’è meno tempo per il riassorbimento di sodio e cloruro, poiché il filtrato si muove più rapidamente attraverso il condotto sudoriparo, quindi il contenuto di sodio e cloruro del sudore è più elevato

C’è una differenza nella concentrazione di elettroliti del sudore negli individui allenati rispetto a quelli non allenati. Con l’allenamento e l’acclimazione al calore, vengono riassorbiti più sodio e cloruro e il sudore è più diluito. Le concentrazioni di potassio, calcio e magnesio rimangono più o meno le stesse. L’esercizio fisico in condizioni di caldo e umidità può comportare una perdita dal 2,5% al 3,2% del peso corporeo attraverso il sudore. Alti tassi di sudorazione riducono il volume ematico. Questo porta a un aumento della frequenza cardiaca e infine a una diminuzione della gittata cardiaca, con conseguenti ripercussioni sulle performance atletiche.⁽⁴⁾

Ulteriori informazioni sono disponibili qui: Exercise and Fluid Replacement⁽⁵⁾

Rischi per la salute legati all’esercizio fisico al caldo(modifica | fonte edit)

I fattori che devono essere considerati come fattori di stress quando si fa esercizio al caldo includono⁽⁴⁾:

• produzione di calore metabolico
• temperatura dell’aria
• umidità
• velocità dell’aria
• fonti di calore radiante
• abbigliamento⁽⁶⁾
  • gli atleti e i funzionari con una bassa produzione di calore metabolico dovrebbero indossare indumenti di colore chiaro, larghi e che proteggano dal sole
  • gli atleti con un’alta produzione di calore metabolico dovrebbero indossare indumenti che non ostacolino l’evaporazione diretta del sudore dalla pelle
  • ulteriori informazioni sono disponibili qui: The role of sports clothing in thermoregulation, comfort, and performance during exercise in the heat: a narrative review⁽⁷⁾

Stress termico(modifica | fonte edit)

Lo stress termico esterno può essere misurato con:

• indice di calore
  • calcolatore dell’indice di calore (Heat Index)
• temperatura del globo a bulbo umido (WBGT)⁽⁸⁾

Conseguenze del caldo sulla salute(modifica | fonte edit)

L’esposizione allo stress termico dell’ambiente e al calore generato metabolicamente può provocare⁽⁹⁾:

• crampi da calore
• esaurimento da calore
• colpo di calore

Ulteriori informazioni sono disponibili qui: Malattie da calore nello sport.

Linee guida per l’allenamento e la competizione al caldo(modifica | fonte edit)

• Gli eventi non dovrebbero svolgersi durante le ore più calde della giornata, evitando una temperatura di bulbo umido superiore a 28°C⁽⁴⁾
• Fornitura adeguata di liquidi appetibili⁽⁶⁾
• Personalizzare l’assunzione di liquidi in base alle perdite di liquidi (1 L di sudore perso = 1 kg di perdita di peso)⁽⁴⁾
• Fare attenzione ai segni di malattia da caldo⁽⁴⁾⁽⁶⁾
• Gli organizzatori degli eventi dovrebbero avere l’ultima parola sull’interruzione degli eventi e impedire agli atleti con segni di malattia da calore di continuare a partecipare⁽⁴⁾

Ulteriori informazioni sono disponibili qui: IOC Consensus statement on recommendation and regulations for sport events in the heat.⁽⁶⁾

Acclimazione e acclimatazione al calore(modifica | modifica fonte)

L’esercizio ripetuto al caldo facilita i cambiamenti che migliorano le performance in condizioni di caldo.⁽¹⁰⁾ Questo processo è chiamato acclimazione al caldo (a breve termine, da 9 a 14 giorni) e acclimatazione (a lungo termine, per mesi/anni). I benefici dell’acclimazione includono⁽¹⁰⁾:

• cambiamenti nel tasso di sudorazione, nella distribuzione del sudore e nel contenuto del sudore
• ottimizzazione della funzione cardiovascolare
• abbassamento della temperatura interna durante l’esercizio fisico
• iniziale aumento del volume plasmatico, che torna a livelli normali dopo circa 10 giorni
• diminuzione della frequenza cardiaca a fine esercizio e aumento della gittata cardiaca
  • questo favorisce un maggiore afflusso di sangue alla pelle, che favorisce una maggiore perdita di calore e un abbassamento della temperatura interna
• sudorazione diffusa più precoce e sudore è più diluito
  • in questo modo si evitano pericolose perdite di sodio e si ottimizza la perdita di calore per evaporazione

Ulteriori informazioni sono disponibili qui: Exertional heat illness during training and competition⁽¹¹⁾ e Acclimazione al calore.

Raccomandazioni per gli atleti e acclimazione(modifica | fonte edit)

• Gli atleti dovrebbero acclimarsi prima di gareggiare in ambienti caldi⁽⁶⁾
• Metodo preferito per l’acclimazione⁽⁶⁾:
  • allenarsi in un ambiente caldo simile a quello della gara (se l’atleta non è in grado di farlo si possono utilizzare altri metodi, come l’allenamento con abiti molto pesanti, l’esposizione passiva al calore che aumenta la temperatura interna e cutanea)
  • la durata ottimale dell’allenamento al caldo per l’acclimazione è di 60-90 minuti al giorno per almeno 2 settimane (si consideri che una durata inferiore può comunque portare a cambiamenti di acclimazione positivi)
  • frequenza ottimale delle sessioni di acclimazione al calore: almeno 4 sessioni a settimana per indurre l’acclimazione al calore e 2 sessioni a settimana per mantenere l’acclimazione al calore

Esercizio fisico al freddo(modifica | fonte edit)

Lo stress da freddo è una situazione ambientale che causa una perdita di calore corporeo e minaccia l’omeostasi. Una diminuzione della temperatura cutanea o interna fornisce al POAH le informazioni per attivare vari meccanismi per conservare il calore corporeo e aumentare la produzione di calore. Queste misure sono⁽⁴⁾:

• vasocostrizione periferica
• termogenesi senza brividi
• brividi dal muscolo scheletrico
• risposte comportamentali come indossare più vestiti

Assuefazione al freddo(modifica | fonte edit)

• L’assuefazione al freddo si verifica con l’esposizione regolare a ripetuti ambienti freddi senza una significativa perdita di calore. La vasocostrizione e i brividi vengono attenuati e la temperatura interna si abbassa ulteriormente rispetto a prima dell’esposizione cronica al freddo⁽¹²⁾

• L’acclimazione metabolica si verifica dopo ripetute esposizioni al freddo con perdita di calore e aumento della produzione di calore metabolico e da brividi⁽¹²⁾

• L’acclimazione isolante si verifica quando l’aumento del metabolismo non riesce a prevenire la perdita di calore. In questo scenario, si verifica una maggiore vasocostrizione cutanea che aumenta l’isolamento dei tessuti periferici e riduce la perdita di calore⁽¹²⁾

Fattori che influenzano la perdita di calore corporeo(modifica | fonte edit)

• Dimensioni e composizione corporea
• Effetto windchill
  • ulteriori informazioni sul windchill sono disponibili qui.

Risposte fisiologiche all’esercizio fisico al freddo(modifica | fonte edit)

• La funzione muscolare diminuisce:⁽⁴⁾
  • il reclutamento delle fibre muscolari è alterato e le forze contrattili sono ridotte
  • la velocità di accorciamento muscolare e la potenza diminuiscono
  • i muscoli profondi e di grandi dimensioni non sono interessati come quelli superficiali

• Con l’aumento della fatica c’è anche una diminuizione della produzione di calore metabolico e, durante l’esercizio di resistenza, l’esaurimento della riserva energetica dell’atleta potrebbe rappresentare un potenziale rischio di ipotermia

Conseguenze del freddo sulla salute(modifica | fonte edit)

• Ipotermia⁽⁴⁾
  • Se la temperatura corporea interna scende al di sotto dei 34,5° C (94,1° F), il POAH perde la capacità di regolare la temperatura corporea. A temperature corporee di 29,5° C (85,1° F), il POAH perde completamente la capacità di termoregolazione, il metabolismo rallenta e si verifica una perdita di funzione che porta a sonnolenza, letargia e persino al coma
  • Una bassa temperatura corporea interna influisce sul nodo senoatriale del cuore e diminuisce la frequenza cardiaca
  • Respirare aria fredda non danneggia il tessuto ventilatorio, poiché l’aria inspirata viene progressivamente riscaldata mentre attraversa il tratto respiratorio. Il freddo estremo riduce la ventilazione (diminuzione della frequenza e del volume respiratorio)
  • Trattamento per l’ipotermia lieve:
    • allontanare l’individuo dal freddo
    • fornire indumenti asciutti, coperte e bevande calde
  • Trattamento per l’ipotermia grave
    • manipolazione delicata per evitare aritmie cardiache
    • il riscaldamento graduale, le strutture ospedaliere e l’assistenza medica sono necessarie

• Geloni⁽¹³⁾
• Ulteriori informazioni sono disponibili qui: Lesioni da freddo.
• Ulteriori informazioni sulle performance sportive sono disponibili qui: Acclimazione al freddo ed effetti sulle performance sportive.

Citazioni(edit | edit source)