Klinické poznámky k termoregulaci a termogenezi

TERMOREGULACE

Termoregulace představuje komplex dějů zajišťujících udržování tělesné teploty (TT) v určitém definovaném rozmezí, které umožňuje optimální fungování orgánových funkcí. Za normálních okolností se tělesná teplota jádra pohybuje kolem 37 °C a je kontrolována regulačními mechanismy s cílem jejího udržení v relativně úzkém rozmezí (33,2–38,2 °C). Tělesná teplota kolísá během dne v rámci tzv. cirkadiánního rytmu, během měsíce v rámci menstruačního cyklu a během celého života (mírný pokles bazální teploty spojený se stárnutím). Extrémní výkyvy TT ovlivňují buněčné a orgánové funkce, TT 42 °C a více má cytotoxický efekt, vede k denaturaci buněčných proteinů a poškození DNA, analogický negativní efekt na orgánové funkce má pokles TT do pásma těžké hypotermie (nejčastěji definováno jako TT = 27 °C). Schopnost člověka přežít extrémní zevní teploty je umožněna výkonným termoregulačním systémem a neustálým udržováním rovnováhy mezi teplenými ztrátami a produkcí tepla. Regulační mechanismy TT trvale „pracují“ s údaji ze dvou tělesných regionů – teplota jádra a teplota tělesného povrchu. Teplotu jádra generují převážně orgány s vysokou úrovní svého metabolismu (např. mozek, srdce, játra), povrchová teplota je nejvíce ovlivňována mírou průtoku krve kůží a může být až o 4 °C nižší než teplota jádra. V teplém prostředí se rozdíl mezi TT jádra a povrchu snižuje, v chladném prostředí naopak. Regulační systém TT je tvořen centrální a periferní částí. Zásadní roli má hypotalamus s jeho centrálními receptory, recentně byly v hypotalamu nalezeny jednoznačně vymezené/ohraničené nervové substráty, regulující TT. Periferní receptory jsou uložené v kůži, počet receptorů detekujících chlad je vyšší než receptorů pro teplo [1, 2].

Stimul „vysoká teplota“ vede k následujícím dějům:

1. vazodilatace kožních cév (zvýšení průtoku krve kůží až na 8 l/min),
2. pocení (objem potu stoupá s mírou adaptace na teplé prostředí),
3. snížení metabolismu (přes nadledviny a štítnou žlázu),
4. útlum dějů termogeneze,
5. změny chování (redukce fyzické aktivity, ztráta chuti k jídlu apod.).

Stimul „nízká teplota“ vede k následujícím dějům:

1. vazokonstrikce kožních cév,
2. piloerekce (jejím cílem je vznik vzduchové izolační vrstvy v ochlupené části těla, tzv. airtrapping),
3. aktivace dějů termogeneze,
4. změny chování (význam v dlouhodobé adaptaci na chladné prostředí).

Klíčovou roli v neurohumorální modulaci/regulaci termogeneze hraje hypotalamus, který plní funkci termostatu a řídí tělesnou teplotu v krátkém časovém horizontu buď přímo nervově (přes sympatikus a nadledviny), nebo v delším časovém horizontu nepřímo přes osu hypofýza-štítná žláza. Štítná žláza představuje jeden z klíčových efektorů termoregulace. Tělesná teplota koreluje s hladinou tyreoidálních hormonů, které kopírují metabolické nároky organismu a podmínky okolního prostředí. Trijodtyronin (méně také tyroxin) funguje na více úrovních intracelulárního metabolismu, kdy přes tzv. druhé posly způsobuje rozpojení dýchacího řetězce a zvyšuje produkci tepla v mitochondriích [3], efekt zvýšení teploty po podání tyreoidálních hormonů je opakovaně popsán [4]. Rovněž byla zjištěna termoregulační role i u buněk, které nebyly v minulosti s regulací tepla/energetické rovnováhy spojovány – makroglie i mikroglie nervového systému. Intenzivní meziorgánovou komunikaci (cross-talk) lze tedy předpokládat i v regulaci termoregulace (poznámka autorů článku) [1, 5].

TERMOGENEZE

Schopnost termogeneze (= schopnost organismu vytvářet teplo) je jedním z klíčových mechanismů udržování stability tepelné homeostázy. Regulace termogeneze se odehrává na mnoha úrovních organismu – orgánové, celulární i subcelulární. Popsány jsou dva druhy termogeneze – netřesová a třesová. Tělesné teplo je primárně generováno netřesovými mechanismy, nicméně při poklesu teploty pod kritickou hodnotu, která by dlouhodobě vedla k narušení homeostázy, je aktivována třesová termogeneze využívající kontrakcí kosterního svalstva [6]. V třesové termogenezi se uplatňují dva hlavní děje – celotělový třes a pravidelné kontrakce velkých svalových skupin (včetně pomocných dýchacích svalů, které se rovněž zapojují v rámci třesové termogeneze). Netřesová termogeneze využívá elektrochemického potenciálu na membráně mitochondrií v proteinovém komplexu dýchacího řetězce. Za normálních okolností jsou výsledným produktem činnosti dýchacího řetězce molekuly ATP, při potřebě generování tepla dochází k alternativní metabolické cestě s účastí tzv. rozpojovacích proteinů (uncoupling proteins) s „vyzářením“ energie elektrochemické vazby ve formě tepla. Mezi tkáně s nejaktivnějším intracelulárním metabolismem a podílejících se na netřesové termogenezi patří tenké střevo a játra (např. krev v dolní duté žíle je po průchodu játry ohřáta na teplotu vyšší než 40 °C) – zmíněné tkáně lze tedy metaforicky považovat za „kamna“ organismu. Dalším místem netřesové termogeneze je hnědá tuková tkáň. Byl popsán fenotyp hnědého adipocytu tzv. termogenního [7], který je též důležitý pro energetický metabolismus a tělesný fenotyp, recentně byla popsána termogeneze i v tzv. bílé kožní tukové tkáni (dermal white adipose tissue), která až donedávna byla považována za neaktivní z pohledu termoregulace. K netřesové termogenezi dochází ale i ve svalech, hlavní roli zde hraje sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca2 + ATPase (tzv. SERCA).

VYBRANÉ KLINICKÉ STAVY PATOLOGICKÉ TERMOGENEZE

Stimulací ryanodinového receptoru sarkoplazmatického retikula kosterní svaloviny (RYR-1) lze u predisponovaných jedinců vyvolat hypermetabolický stav, známý pod termínem maligní hypertermie. Kauzální léčbou a dosažením suprese termogeneze je podání specifického antagonisty ryanodinového receptoru dantrolenu v kombinaci s ostatními metodami chlazení [8]. Podobný klinický obraz se vyskytuje u maligního neuroleptického syndromu, který je dáván do souvislosti s podáním neuroleptik, zejména butyrofenonů. Za hlavní mechanismus vzniku je považována blokáda dopaminergních receptorů centrálního nervového systému. V terapii (a dosažení suprese termogeneze) se kromě fyzikálního chlazení doporučují benzodiazepiny, amantadin a již zmíněný dantrolen [9]. Nutno zmínit i existenci tzv. stresem indukované hypertermie (psychological stress--induced hyperthermia), která může být způsobena jednorázovým velkým stresem či expozicí život ohrožující situaci. Dlouhodobá expozice stresovým situacím může pak u některých jedinců vést k tzv. psychogenní horečce (psychogenic fever), v obou případech je dominantním mechanismem nastavení termostatu hypotalamu na vyšší teplotu a indukce netřesové termogeneze (bližší popis a diferenciální diagnostika uvedených stavů přesahuje zaměření článku).

MODULACE TERMOREGULACE A TERMOGENEZE

Modulace tělesné teploty směrem k jejímu homeostatickému rozmezí by měla představovat jeden ze základních principů poskytování ane­steziologické a/nebo intenzivní péče. Vliv anesteziologických technik na termogenezi, udržování perioperační tepelné homeostázy a cílená kontrola/modulace tělesné teploty jsou trvajícími aktuálními tématy. Nedosažení/neudržení tepelné homeostázy je u pacientů v perioperační medicíně spojeno průkazně se zvýšenou morbiditou, u pacientů po zástavě oběhu snížení, respektive kontrola TT prokazatelně zlepšuje jejich neurologický klinický výsledek [10], jakkoliv není shoda na cílové hodnotě TT. O významu kontroly TT se však diskutuje i u ostatních populací pacientů v intenzivní péči, kdy je pravděpodobné, že dlouhodobý febrilní stav vede k poruše orgánových funkcí a koncept „snižování TT“ je za určitých okolností (a nikoliv v situacích, kdy zvýšená TT je předpokladem aktivace některých obranných a/nebo reparačních dějů) nutno vnímat jako plauzibilní a mající fyziologické opodstatnění. K farmakologickému potlačení termogeneze se v klinické praxi používá nejvíce paracetamol a ibuprofen [11], současný stav odborného poznání neumožňuje preferovat žádnou látku. Stimulace termogeneze u pacientů s rizikem hypotermie, jako jsou např. pacienti podstupující rozsáhlý nebo dlouhodobý operační výkon, se jeví jako logický koncept, robustní vědecké důkazy však chybí, vyjma prokázaného termického efektu proteinů, podaných před operací [12]. Podobný efekt byl popsán i u pacientů v intenzivní péči [13].

Znalost regulačních mechanismů a souvisejících efektorových dějů představuje základní podmínku racionality všech intervencí cílených na modulaci TT v klinické praxi.

Body k zapamatování

• Vzájemná provázanost tělesné teploty, metabolické aktivity a energetické rovnováhy organismu.
• Centrálním orgánem termoregulace je hypotalamus.
• Termogeneze jako jeden z významných mechanismů regulace tepelné homeostázy.
• Klíčovými „orgány“ termogeneze jsou játra, tenké střevo, kosterní svaly a štítná žláza.
• Modulace termogeneze jako součást intervencí cíleně ovlivňujících tělesnou teplotu.

Do redakce došlo dne 4. 12. 2016.

Do tisku přijato dne 9. 12. 2016.

Adresa pro korespondenci:

prof. MUDr. Vladimír Černý, Ph.D., FCCM

e-mail: cernyvla1960@gmail.com