Regulace tělesného klimatu a mechanismy

08.10.2025

Termoregulace je schopnost organismu udržet svou tělesnou teplotu v určitých mezích, i když je okolní teplota velmi rozdílná. Tento proces je jedním z aspektů homeostázy: dynamického stavu stability mezi vnitřním prostředím živočicha a jeho vnějším prostředím (studium těchto procesů se v zoologii nazývá ekofyziologie nebo fyziologická ekologie).

Termoregulace je důležitým aspektem lidské homeostázy. Lidé se dokázali přizpůsobit velmi rozmanitým klimatickým podmínkám, včetně horkého vlhkého a horkého suchého.

Vysoké teploty představují pro lidský organismus vážnou zátěž a vystavují ho velkému nebezpečí zranění nebo dokonce smrti. Kůže pomáhá při homeostáze (udržování různých aspektů těla, např. teploty). Toho dosahuje tím, že reaguje odlišně na horko a chlad, takže vnitřní teplota těla zůstává víceméně konstantní. Rozšíření cév a pocení jsou hlavními způsoby, kterými se lidé snaží ztratit přebytečné tělesné teplo.

Výše vysvětlený proces, při kterém kůže reguluje tělesnou teplotu, je součástí termoregulace. Poznámka: Zprávy z mozku, které se dostávají k efektorům (např. svalům a žlázám), jsou přenášeny motorickými neurony. Neurony jsou specializované buňky, které předávají zprávy po těle ve formě elektrických impulsů. Motorické neurony jsou ty, které předávají zprávy z mozku přímo efektoru, v tomto případě svalům.

Na základě četných pozorování lidí a dalších zvířat John Hunter ukázal, že zásadní rozdíl mezi tzv. teplokrevnými a studenokrevnými živočichy spočívá v pozorované stálosti teploty u prvních a v pozorované proměnlivosti teploty u druhých. Téměř všichni ptáci a savci mají vysokou teplotu téměř konstantní a nezávislou na teplotě okolního vzduchu. Tomu se říká homeotermie. Téměř všichni ostatní živočichové vykazují kolísání tělesné teploty v závislosti na okolním prostředí.

Čtěte také: Kvalita ovzduší v MSK

Výjimkou jsou někteří savci, kteří jsou v létě nebo přes den teplokrevní, ale v zimě, kdy hibernují nebo v noci spí, jsou studenokrevní. J. O. Wakelin Barratt prokázal, že za určitých patologických podmínek se může teplokrevný (homeotermní) živočich stát dočasně studenokrevným (poikilotermním). Přesvědčivě prokázal, že tento stav existuje u králíků trpících vzteklinou v posledním období jejich života, přičemž rektální teplota se pak pohybuje v rozmezí několika stupňů od pokojové teploty a kolísá s ní. Tento stav vysvětluje předpokladem, že nervový mechanismus regulace tepla je ochromen. Protože se v tomto období také zpomaluje dýchání a srdeční tep, je podobnost se stavem hibernace značná.

Sutherland Simpson zase prokázal, že během hluboké anestezie má teplokrevný živočich tendenci přijímat stejnou teplotu jako jeho okolí. Prokázal, že když je opice v hluboké anestezii s éterem umístěna do chladné komory, její teplota postupně klesá, a když dosáhne dostatečně nízké teploty (u opice asi 25 °C), není již nutné používat anestetika, zvíře je pak necitlivé k bolesti a není schopno se probudit žádným podnětem; je vlastně narkotizováno chladem a nachází se ve stavu, který lze nazvat „umělou hibernací“. To se opět vysvětluje tím, že byl narušen mechanismus regulace tepla. Podobné výsledky byly získány při pokusech na kočkách.

Bylo také zjištěno, že u lidí může až 80 % ztrátového tělesného tepla unikat hlavou. To je způsobeno tím, že kůže na hlavě je relativně tenká a je zde velké množství cév. Je také známo, že při rozdílu teplot se zvyšuje teplota té vyšší. Jedním ze způsobů ochlazení je vyhledávání stínu.

Některé ryby si pro zvládání nízkých teplot vyvinuly schopnost zůstat funkční, i když je teplota vody pod bodem mrazu; některé používají přírodní nemrznoucí směs nebo nemrznoucí proteiny, aby odolaly tvorbě ledových krystalů ve svých tkáních. Aby organismus mohl regulovat tělesnou teplotu, může být nutné zabránit tepelným ziskům v suchém prostředí.

Odpařování vody, ať už přes dýchací plochy nebo přes kůži u zvířat, která mají potní žlázy, pomáhá ochlazovat tělesnou teplotu v rámci tolerančního rozmezí organismu. Zvířata s tělem pokrytým srstí mají omezenou schopnost potit se a spoléhají se především na dýchání, které zvyšuje odpařování vody přes vlhké povrchy plic a jazyka a úst. Ptáci se přehřátí brání také dýcháním, protože jejich tenká kůže nemá potní žlázy. Peří zachycuje teplý vzduch a funguje jako výborný izolátor, stejně jako srst savců; kůže savců je mnohem silnější než kůže ptáků a často má pod škárou souvislou vrstvu izolačního tuku - u mořských savců, jako jsou velryby, se označuje jako tuk. Hustá srst pouštních endotermních živočichů také pomáhá zabraňovat zahřívání.

Čtěte také: Česká legislativa a kvalita ovzduší

Další strategií při chladném počasí je dočasné snížení rychlosti metabolismu a tělesné teploty regulované snížením tělesné teploty se snižuje teplotní rozdíl mezi zvířetem a vzduchem, a tím se minimalizují tepelné ztráty. Kromě toho je nižší rychlost metabolismu energeticky méně nákladná. Mnoho zvířat přežívá chladné mrazivé noci díky torporu, krátkodobému dočasnému poklesu tělesné teploty.

Organismy, když jsou postaveny před problém regulace tělesné teploty, mají nejen behaviorální, fyziologické a strukturální adaptace, ale také systém zpětné vazby, který tyto adaptace spouští, aby odpovídajícím způsobem regulovaly teplotu. Hlavními rysy tohoto systému jsou: podnět, receptor, modulátor, efektor a poté zpětná vazba nyní upravené teploty na podnět.

Periodicita spánkového cyklu silně souvisí s velikostí těla jak mezi jednotlivými druhy, tak i v rámci jednoho druhu. To může souviset s nároky na termoregulaci. Během klidného spánku fungují termoregulační mechanismy normálně, ale během aktivního spánku nedochází k žádné reakci na tepelný stres. To by mohlo mít závažné důsledky pro malé živočichy (viz gigantotermie), jejichž tělesná teplota je kvůli menší tepelné kapacitě snadněji ovlivnitelná okolní teplotou.

Kromě člověka udržuje svou tělesnou teplotu fyziologickými a behaviorálními úpravami i řada dalších živočichů. Například pouštní ještěrka je ektoterm, a proto není schopna regulovat svou teplotu pomocí metabolické regulace. Neustálou změnou polohy však dokáže udržovat hrubou formu regulace teploty. Ráno se z nory vynoří pouze hlava. Později se odhalí celé tělo. Ještěrka se vyhřívá na slunci a přijímá sluneční teplo. Když teplota dosáhne vyšších hodnot, ještěrka se schová pod kameny nebo se vrátí do své nory.

Někteří živočichové žijící v chladném prostředí si udržují tělesnou teplotu tím, že zabraňují tepelným ztrátám. Jejich srst roste hustěji, aby se zvýšila izolace. Někteří živočichové jsou regionálně heterotermní a jsou schopni nechat své méně izolované končetiny vychladnout na teplotu mnohem nižší, než je jejich vnitřní teplota - téměř na 0 °C. Estivace probíhá v létě (podobně jako siesta) a umožňuje některým savcům přežít období vysokých teplot a malého množství vody (např.

Čtěte také: Postupy pro regulaci plevelů v ekologickém zemědělství

Dříve se za průměrnou teplotu v ústech zdravých dospělých považovala teplota 37,0 °C (98,6 °F), zatímco normální rozmezí je 36,1 °C (97,0 °F) až 37,8 °C (100,0 °F). V Polsku a Rusku se teplota měřila v podpaží. Nedávné studie naznačují, že průměrná teplota zdravých dospělých osob je 98,2 °F nebo 36,8 °C (stejný výsledek ve třech různých studiích). Teplota se liší v závislosti na umístění teploměru, přičemž rektální teplota je o 0,3-0,6 °C vyšší než teplota v ústech, zatímco axilární teplota je o 0,3-0,6 °C nižší než teplota v ústech.

Mezi nižšími teplokrevnými živočichy jsou i takoví, kteří se po narození jeví jako studenokrevní. Koťata, králíci a štěňata, pokud jsou krátce po narození odstraněna ze svého okolí, ztrácejí tělesné teplo, dokud jejich teplota neklesne na několik stupňů teploty okolního vzduchu. Tato zvířata jsou však po narození slepá, bezmocná a v některých případech i nahá. Zvířata, která se narodí v době, kdy jsou již ve vyšším stupni vývoje, mohou udržovat svou teplotu poměrně konstantní. U silných a zdravých mláďat starých jeden nebo dva dny teplota mírně stoupá, ale u slabých a špatně vyvinutých dětí buď zůstává stabilní, nebo klesá.

U lidí bylo pozorováno denní kolísání v závislosti na období odpočinku a aktivity, nejnižší je v době od 23:00 do 3:00 a nejvyšší v době od 10:00 do 18:00. Také u opic je dobře patrné pravidelné denní kolísání tělesné teploty, které se řídí obdobím odpočinku a aktivity a není závislé na střídání dne a noci; noční opice dosahují nejvyšší tělesné teploty v noci a nejnižší ve dne. Sutherland Simpson a J. J. Galbraith vypozorovali, že u všech nočních zvířat a ptáků - u nichž se období odpočinku a aktivity přirozeně střídají díky zvyku, a nikoli zásahům zvenčí - dochází k nejvyšší teplotě v přirozeném období aktivity (v noci) a k nejnižší v období odpočinku (ve dne). Teplotní křivka denních ptáků je v podstatě podobná teplotní křivce člověka a ostatních homoeotermních živočichů s tím rozdílem, že maximum nastává dříve odpoledne a minimum dříve ráno. Rovněž křivky získané od králíků, morčat a psů byly dosti podobné křivkám od člověka.

Během folikulární fáze (která trvá od prvního dne menstruace do dne ovulace) se průměrná bazální tělesná teplota u žen pohybuje v rozmezí 36,45 - 36,7 °C (97,6 - 98,6 °F). Během 24 hodin po ovulaci dochází u žen ke zvýšení teploty o 0,15 - 0,45 °C (0,2 - 0,9 °F) v důsledku zvýšené rychlosti metabolismu způsobené prudce zvýšenou hladinou progesteronu. Bazální tělesná teplota se během luteální fáze pohybuje v rozmezí 36,7 - 37,3 °C a během několika dní po menstruaci klesá na předovulační hodnoty.

Horečka je regulované zvýšení teploty jádra v hypotalamu, které je způsobeno cirkulujícími pyrogeny produkovanými imunitním systémem. Jídlo někdy způsobuje mírné povznesení, jindy mírnou depresi - zdá se, že alkohol vždy způsobuje pokles. Cvičení a změny vnější teploty v běžných mezích způsobují velmi malé změny, protože působí mnoho kompenzačních vlivů, o nichž bude řeč později.

Dlouho se předpokládalo, že nízká tělesná teplota může prodloužit život. V listopadu 2006 tým vědců ze Scripps Research Institute oznámil, že transgenní myši, které měly tělesnou teplotu o 0,3-0,5 C nižší než normální myši (v důsledku nadměrné exprese uncoupling proteinu 2 v neuronech hypokretinu (Hcrt-UCP2), který zvyšuje teplotu hypotalamu, a nutí tak hypotalamus snižovat tělesnou teplotu), skutečně žily déle než normální myši. U samců byla délka života delší o 12 % a u samic o 20 %. Myši mohly jíst tolik, kolik chtěly.

Existují hranice tepla i chladu, které teplokrevný živočich snese, a další mnohem širší hranice, které může studenokrevný živočich snést, a přesto přežít. Příliš velký chlad má za následek snížení metabolismu, a tím i snížení produkce tepla. Na útlumu se podílejí jak katabolické, tak anabolické změny, a přestože se spotřebuje méně energie, vzniká ještě méně energie. Tento snížený metabolismus se projevuje nejprve na centrálním nervovém systému, zejména na mozku a částech, které se podílejí na vědomí. Snižuje se srdeční i dechová frekvence, dostavuje se ospalost, která se stále prohlubuje, až přechází ve spánek smrti.

Sutherland Simpson a Percy T. Herring při pokusech na kočkách zjistili, že kočky nejsou schopny přežít, pokud je jejich rektální teplota snížena pod 16 °C. Při této nízké teplotě dýchání stále více sláblo, srdeční tep obvykle pokračoval i poté, co dýchání ustalo, údery se stávaly velmi nepravidelnými, zřejmě ustávaly a pak opět začínaly. Na druhou stranu příliš vysoká teplota urychluje metabolismus různých tkání takovým tempem, že se jejich kapitál brzy vyčerpá. Příliš teplá krev vyvolává dušnost a brzy vyčerpá metabolický kapitál dýchacího centra. Srdeční frekvence se zvyšuje, údery se pak stávají arytmickými a nakonec ustávají. Centrální nervový systém je rovněž hluboce postižen, může dojít ke ztrátě vědomí a pacient upadá do komatózního stavu nebo se může dostavit delirium a křeče. Všechny tyto změny lze pozorovat u každého pacienta trpícího akutní horečkou.

Spodní hranice teploty, kterou člověk snese, závisí na mnoha okolnostech, ale nikdo nemůže dlouho přežít teplotu 45 °C nebo vyšší. H. M. Vernon se zabýval teplotou smrti a teplotou ochrnutí (teplotou tepelné ztuhlosti) různých zvířat. Zjistil, že živočichové ze stejné třídy živočišné říše vykazují velmi podobné hodnoty teploty: u zkoumaných obojživelníků 38,5 °C, u ryb 39 °C, u plazů 45 °C a u různých měkkýšů 46 °C. Také v případě pelagických živočichů prokázal vztah mezi teplotou smrti a množstvím pevných složek těla, přičemž Cestus[Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text] měl nejnižší teplotu smrti a nejmenší množství pevných složek v těle.

Člověk, jakožto teplokrevný (homoiotermní) živočich se vyznačuje tím, že je schopen za využití termoregulačních mechanismů udržovat stálou teplotu jádra, tj. hluboko uložených orgánů, téměř nezávislou na změnách okolního prostředí. Organismus jako otevřený systém je se svým okolím v neustálé interakci. Z hlediska termodynamiky je lidský organismus otevřeným termodynamickým systémem. Za normálních podmínek organismus získává podstatnou část energie z potravy ve formě energie chemické. Teplo v organismu vzniká převážně jako vedlejší produkt jiných forem energie, pouze výjimečně vzniká cíleně (chladový třes jako mechanismus termoregulace). Aby se toto teplo v organismu neakumulovalo a tím nezvyšovala jeho teplota, je organismus schopen do jisté míry jeho odvod do okolí regulovat. Systém je schopný regulovat v určitém rozmezí svou teplotu, pokud se ale překročí a regulace teploty již není možná, teplota jádra (hluboko uložených orgánů) vzrůstá. Toto vede k přehřátí a kolapsu organismu. Autoregulace teploty je zpětnou vazbou organismu. Centrem regulace teploty je hypothalamus. V předním hypotalamu se nacházejí centrální termoreceptory. Dvě třetiny z nich reagují na teplo, třetina na chlad. Termoregulační centrum uložené v zadním hypotalamu samo o sobě není citlivé na teplotu, „propočítává“ však informace přicházející z periferních termoreceptorů, které se nacházejí především v kůži, a vysílají řídící signály. Na periferii je desetkrát více chladových receptorů (Krauseho tělíska) než tepelných (Ruffiniho tělíska).

Mechanizmy přenosu tepla

Radiace (sálání) je přenos tepla z jednoho tělesa na druhé o rozdílné teplotě infračerveným elektromagnetickým zářením, aniž by se oba předměty dotýkaly. Množství takto přeneseného tepla podle Stefan-Boltzmannova zákona odpovídá funkci čtvrté mocniny teploty sálajícího tělesa. Stejným mechanismem působí okolí zpětně na lidské tělo, to znamená, že celková vyzářená energie je úměrná rozdílu čtvrtých mocnin povrchové teploty těla a teploty objektů v okolí. Teplota vzduchu, kterým tepelné záření prochází, má na přenos tepla pouze malý vliv. Osoba v chladném prostředí ztrácí teplo vedením do vzduchu, který ji obklopuje a sáláním na chladné předměty ve své blízkosti. Naopak, jedinec v teplejším prostředí, než je jeho tělo tělesná teplota, stejnými mechanismy teplo přijímá a jeho teplota stoupá.

Kondukce (vedení) je předávání tepla dotykem mezi dvěma různě teplými tělesy. Dochází při něm k přenosu tepelné energie z místa (tělesa) o vyšší teplotě do místa (tělesa) o nižší teplotě. Molekuly jsou v pohybu a energie jejich pohybu je úměrná teplotě. Molekuly teplejšího tělesa narážejí na molekuly tělesa chladnějšího a tím na ně přenášejí část své tepelné energie. Množství přeneseného tepla je úměrné rozdílu teplot obou dotýkajících se předmětů (tepelnému gradientu). V lidském organismu je nejvýznamnějším mechanismem přenosu tepla krevní oběh. Na druhou stranu tepelným izolantem v těle je tuková tkáň (má 3x menší tepelnou vodivost než krev). Vedením člověk ztrácí zhruba 15 % teplené energie. Vzduch, který neproudí intenzivně, představuje tepelný izolant.

Konvekce (proudění) je pohyb molekul vzduchu nebo vody ve směru od místa kontaktu na základě teplotního gradientu v prostředí. Konvekce úzce souvisí s vedením tepla. Zvyšuje výdej tepla kondukcí tím, že udržuje velký teplotní gradient. Předmět, který je v kontaktu se vzduchem rozdílné teploty mění jeho specifickou váhu, protože ovlivňuje jeho teplotu. Tím, že teplý vzduch stoupá a studený klesá, se dostává nový vzduch do kontaktu s předmětem. Vítr ochlazuje, protože nahrazuje teplý a vlhký vzduch z bezprostředního okolí těla vzduchem chladnějším a sušším. Účinky proudění a vedení tepla jsou patrné za extrémních klimatických podmínek.

Při velké tělesné námaze nestačí k ochraně těla před přehřátím pouze radiace a kondukce. Za těchto podmínek je výdej tepla zvýšen odpařováním (evaporací) vody při perspiraci. Odpařením 1 g vody ztrácí organismus asi 0,6 kcal tepla. Tekutina se na povrch kůže dostává difuzí a sekrecí z potních žláz. Odpařování ochlazuje kůži na teplotu nižší, než je teplota prostředí. Při teplotě prostředí vyšší než 36 °C je odvádění tepla efektivní pouze pomocí odpařování vody. Při teplotě prostředí výrazně vyšší než 37 °C získává tělo z prostředí teplo radiací a kondukcí. V tomto případě se udržuje rovnováha mezi příjmem a výdejem tepla profuzním pocením, jehož efektivita je nepřímo úměrná vlhkosti vzduchu. Jakmile vlhkost dosáhne určité hodnoty, schopnost, jakou se tělo může pocením ochlazovat, se stane limitovanou a vyloučený pot se z pokožky nebude odpařovat. Tento mechanismus umožňuje snášet suché horko (např. poušť) při teplotách značně převyšujících tělesnou teplotu (v případě nahrazování ztrát tekutin a solí vzniklých pocením). Pokud je však okolní vzduch značně nasycen parami (tropická džungle), je znemožněno odpařování a je obtížné snášet teploty vyšší než 34 °C. Odpařování probíhá z povrchu kapaliny za každé teploty, při které kapalné skupenství existuje.

Relativní podíl každého z výše popsaných procesů na odstraňování tepla z organismu závisí na teplotě prostředí. Při teplotách pod 19 °C je výdej tepla snížen díky minimálnímu prokrvení kůže v důsledku periferní vasokonstrikce. V rozmezí teplot 19-31 °C dokáže prokrvení kůže zajistit rovnováhu mezi produkovaným a odváděným teplem. Při teplotě nad 31 °C se přidává k záření, proudění a vedení tepla také vypařování. Na horké okolní prostředí nebo stoupající produkci metabolického tepla reaguje tělo vasodilatací (rozšířením podkožních cév). Teplo tělesného jádra je tímto způsobem předáno do krve a přeneseno na povrch těla, pokud je jeho teplota nižší než vnitřní teplota. Následkem zvýšení teploty kůže se zvýší odvod tepla z těla. Jestliže zvýšení teploty pokožky nemůže tepelnou rovnováhu obnovit, jsou aktivovány potní žlázy a začne probíhat chlazení odpařováním. Pokud tyto mechanismy neobnoví tepelnou rovnováhu těla, dojde k hypertermii, nárůstu teploty tělesného jádra a přehřívání organismu.

V případě překročení schopnosti systému regulovat svou teplotu, se energie tepelných kmitů blíží energii slabých chemických vazeb, důsledkem je přehřátí a kolaps organismu. Prvními příznaky jsou: slabost, bolest hlavy, ztráta chuti, nevolnost, krátké dýchání, zrychlený tep (až 150/min), lesklé oči, duševní neklid, apatie nebo naopak vznětlivost. Rychlost proudění vzduchu a jeho turbulence. Hodnota metabolismu udává tepelný výkon člověka. Tělesná postava a podkožní tuk. Věk a pohlaví.

Úpal a úžeh

Úpal (siriasis) je šokový stav organismu způsobený nahromaděním tepla v těle. Nastává, když organismus není schopen za pomoci termoregulace odvést z těla dostatečné množství tepla. Teplota organismu je vnějšími vlivy zvýšena nad 40,5 °C[1]. Úpal vzniká především selháním termoregulace, jmenovitě výpadkem sekrece potu, nástupem paradoxního „chladového“ třesu, deliria, křečí.

Úžeh (insolace) vzniká zejména přímým slunečním zářením dopadajícím na oblast hlavy a šíje, kdy dochází k rychlému vzestupu teploty v termoregulačních centrech. Vede k malátnosti, poruše koncentrace, bolesti hlavy, závratím, nevolnosti, zvracení, ztuhnutí šíje. Je zvláštní formou ortostatického kolapsu. Extrémní vasodilatace při tepelné zátěži v klidném stoji vede k „nahromadění“ větších objemů krve v žilách nohou a břicha, a tím k poklesu tlaku krve a bezvědomí. Je relativně bez nebezpečí.

Působení tepla má v určitých případech terapeutické účinky na organismus.