قرار گرفتن در معرض سرما و تنظیم حرارت

انسان‌ها دمای مرکزی تقریباً ثابتی را در برابر اتلاف گرما به محیط سرد حفظ می‌کنند. هنگامی که بدن در معرض سرما قرار می‌گیرد، ابتدا با منقبض کردن رگ‌های خونی پوست، گرما را حفظ می‌کند و سپس با لرزیدن گرما تولید می‌کند؛ با قرار گرفتن مکرر در معرض سرما، بدن تا حدی سازگار می‌شود. این مدخل به تنظیم حرارت در سرما و پاسخ‌های فیزیولوژیکی به قرار گرفتن در معرض هوای سرد و آب سرد می‌پردازد.

Definition

تنظیم حرارت در سرما، مجموعه یکپارچه‌ای از پاسخ‌های خودمختار و رفتاری است — انقباض عروق محیطی، لرز و ترموژنز بدون لرز، و رفتار حفظ‌کننده گرما — که دمای مرکزی بدن را هنگامی که اتلاف گرما به محیط سرد تهدید می‌کند که از تولید گرما فراتر رود، حفظ می‌کند.

Scope

این مدخل به تعادل گرمایی انسان در سرما، دفاع‌های خودمختار و رفتاری در برابر اتلاف گرما (انقباض عروق، لرز و ترموژنز بدون لرز)، خطر ویژه غوطه‌وری در آب سرد و سازگاری جزئی که به دنبال قرار گرفتن مکرر در معرض سرما ایجاد می‌شود، می‌پردازد. این یک گزارش مرجع از فیزیولوژی است و دستورالعمل‌های بقا، گرم کردن مجدد یا درمان را ارائه نمی‌دهد.

Core questions

• چگونه تعادل گرمایی زمانی که محیط گرما را سریع‌تر از تولید آن از بین می‌برد، حفظ می‌شود؟
• نقش‌های نسبی انقباض عروق، لرز و ترموژنز بدون لرز چیست؟
• چرا غوطه‌وری در آب سرد بسیار خطرناک‌تر از قرار گرفتن در معرض هوای سرد است؟
• چه تغییراتی با قرار گرفتن مکرر در معرض سرما رخ می‌دهد و چگونه تحمل را تغییر می‌دهند؟

Key concepts

• دمای مرکزی در مقابل دمای پوسته
• انقباض عروق محیطی و عایق‌بندی
• ترموژنز لرزشی
• ترموژنز بدون لرز (بافت چربی قهوه‌ای)
• پاسخ شوک سرد و غوطه‌وری در آب سرد
• هیپوترمی
• سازگاری با سرما (الگوهای متابولیک، عایقی، هیپوترمیک)

Mechanisms

کاهش دمای پوست و دمای مرکزی توسط گیرنده‌های حرارتی حس می‌شود و هیپوتالاموس پاسخ‌های حفظ‌کننده گرما و تولیدکننده گرما را هدایت می‌کند. انقباض عروق پوستی جریان خون به پوسته را کاهش می‌دهد، اتلاف گرمای هدایتی را کم می‌کند و عایق‌بندی را افزایش می‌دهد؛ اگر این کافی نباشد، لرزیدن تولید گرمای متابولیک را افزایش می‌دهد، که در برخی شرایط با ترموژنز بدون لرز تکمیل می‌شود (Castellani & Young, 2016). آب سرد گرما را بسیار سریع‌تر از هوا هدایت می‌کند، بنابراین غوطه‌وری یک پاسخ شوک سرد فوری — نفس‌نفس زدن، هایپرونتیلاسیون و تاکی‌کاردی — را تحریک می‌کند که می‌تواند قبل از ایجاد هیپوترمی کشنده باشد، در حالی که غوطه‌وری مداوم به تدریج دمای مرکزی را کاهش می‌دهد (Tipton & Golden, 2003). قرار گرفتن مکرر در معرض سرما سازگاری جزئی ایجاد می‌کند که به عنوان الگوهای متابولیک، عایقی یا هیپوترمیک توصیف می‌شود، بسته به اینکه ترموژنز، انقباض عروق یا دمای مرکزی پایین‌تر تحمل‌شده غالب باشد (Castellani & Young, 2016; Parsons, 2014).

Clinical relevance

فیزیولوژی دفاع در برابر سرما زیربنای تشخیص هیپوترمی و خطرات غوطه‌وری در آب سرد است و به تفسیر ورزش و عملکرد در شرایط سرد کمک می‌کند. این مدخل مکانیسم‌ها و مبنای شواهد را توضیح می‌دهد؛ تشخیص، گرم کردن مجدد و مدیریت هیپوترمی و آسیب ناشی از سرما مسائل بالینی هستند که توسط دستورالعمل‌های فعلی اداره می‌شوند و خارج از محدوده این مدخل هستند.

Evidence & guidelines

مکانیسم‌ها و سازگاری در یک بررسی فیزیولوژیکی (Castellani & Young, 2016)، خطرات غوطه‌وری در آب سرد در کار فیزیولوژی غوطه‌وری (Tipton & Golden, 2003)، و زمینه گسترده‌تر پاسخ‌های انسانی به محیط‌های سرد در متون مرجع (Parsons, 2014) خلاصه شده‌اند. مدیریت بالینی هیپوترمی از دستورالعمل‌های فعلی پیروی می‌کند که در اینجا بازتولید نشده‌اند.

History

فیزیولوژی سرما در انسان توسط اکتشافات قطبی، تجربیات دریایی و نظامی، و مطالعات آزمایشگاهی قرار گرفتن در معرض سرما در طول قرن بیستم شکل گرفت، که توالی انقباض عروق و لرز را مشخص کرد، الگوهای سازگاری با سرما را در بین جمعیت‌ها متمایز ساخت، و توضیح داد که چرا غوطه‌وری ناگهانی در آب سرد به طور منحصر به فردی خطرناک است.

Debates

اهمیت ترموژنز بدون لرز در انسان‌های بالغ

کشف بافت چربی قهوه‌ای فعال در بزرگسالان، بحث در مورد میزان مشارکت ترموژنز بدون لرز در دفاع در برابر سرما و اینکه آیا می‌توان آن را با سازگاری با سرما به کار گرفت، در مقایسه با نقش‌های تثبیت شده انقباض عروق و لرز، دوباره باز کرد.

Key figures

• John W. Castellani
• Andrew J. Young
• Michael J. Tipton

Seminal works

• castellani-young-2016
• tipton-2003

Frequently asked questions

اولین دفاع بدن در برابر سرما چیست؟

انقباض رگ‌های خونی در پوست، که جریان خون به سطح بدن را کاهش می‌دهد و ضخامت عایق‌بندی پوسته خنک‌تر را افزایش می‌دهد، گرما را در هسته حفظ می‌کند قبل از اینکه لرز برای تولید گرمای اضافی به کار گرفته شود.

چرا افتادن در آب سرد به این سرعت بسیار خطرناک است؟

آب گرما را بسیار سریع‌تر از هوا هدایت می‌کند، و غوطه‌وری ناگهانی یک پاسخ شوک سرد — نفس‌نفس زدن غیرارادی، تنفس سریع، و افزایش ناگهانی ضربان قلب — را تحریک می‌کند که می‌تواند در دقایق اول، قبل از اینکه هسته به سطوح هیپوترمیک خنک شود، باعث غرق شدن یا حوادث قلبی شود.