METABOLİZMA VE VÜCUT SICAKLIĞININ DÜZENLENMESİ Prof.Dr.Ümmühan İşoğlu-Alkaç İ.Ü. İst. Tıp Fak. Fizyoloji AD alkac@istanbul.edu.tr

Metabolizma; Vücudun tüm hücrelerindeki kimyasal reaksiyonlardır Metabolizma Hızı; kimyasal reaksiyonlarda ısının serbestlenme hızıdır. ATP oluşumunda besinlerdeki enerjinin %35’i ısıya dönüşür

Metabolizma Hızının Ölçümü Doğrudan ölçüm: Isı kaybı olmayacak şekilde yalıtılmış bir odada, kişinin vücudunda oluşan ısının kalorimetre ile ölçümüne dayanır.

Metabolizma Hızının Ölçümü Dolaylı ölçüm: Vücuttaki enerji tüketiminin %95’i besinlerle oksijen arasındaki reaksiyonlardan kaynaklandığı için, metabolizma hızını oksijen kullanımından hesaplar. 1 lt oksijen glikoz ile metabolize edilince 5,01 kalori, nişasta 5,06 kalori, Yağ 4,70 kalori Protein 4,60 kalori enerji serbestler. Ortalama diyette 1 litre oksijen tüketimi ile 4,8 kalori serbestlenir (Oksijenin eşdeğeri)

Enerji Tüketimini Etkileyen Faktörler Günlük enerji alımının %45 KH, %40 yağ, %15 proteinlerden sağlanır Enerji tüketimi: Vücudun bazal metabolik işlevleri Çeşitli fiziksel aktiviteler Besinlerin sindirimi, emilimi ve işlenmesi Vücut sıcaklığının sağlanması

Enerji Tüketimini Etkileyen Faktörler Kişi bütün gün yatarsa 1650 kalori tüketir Oturursa 2000-2500 kalori yakar Normal günlük aktiviteler toplam enerji tüketiminin %25ini oluşturur (merdiven çıkmak uyumaya göre 17 kat daha fazla enerji gerektirir) Ağır işçi 24 saatte 6000-7000 kalori yakar.

Bazal Metabolizma Hızı Dinlenim halinde kişinin vücuttaki kimyasal olaylar için tükettiği minimum enerji miktarına bazal metabolizma hızı denir. 12 saat açlığın ve rahat bir uykunun ardından, fiziksel ve psikolojik faktörlerden uzak, 20-26 ºC sıcaklıkta tüketilen oksijen miktarının ölçümüdür.

Bazal Metabolizma Hızı Yaşa bağlı bazal metabolizma hızının düşmesi; Kas kütlesinin azalması yerine metabolizma hızı daha yavaş olan yağ dokusunun geçmesine bağlıdır.

Bazal Metabolizma Hızını artıran faktörler Tiroid hormonu Erkekte cinsiyet hormonu Büyüme hormonu Ateş (10 ºC lik artış BMHnı %120 artırır) Uyku ve malnütrisyon BMHnı azaltır.

Besinlerin İşlenmesi Sırasında Kullanılan Termik Enerji; Besinlerin Termojenik Etkisi Büyük miktarda KH ya da yağ içeren bir yemekten sonra sindirim, emilim ve besinlerin vücutta depolanmasıyla ilgili çeşitli kimyasal reaksiyonların etkisiyle metabolizma hızı yaklaşık 4 kat artar. Bu olay enerji gerektirdiğinden ve ısı oluşumuna neden olduğundan besinin termojenik etkisi adını alır.

Titremeye Bağlı Olmayan Isı Üretiminde Kullanılan Enerji: Sempatik Uyarımın Rolü Titreme, soğuğa maruz kalma durumunda kas aktivitesi artarak ısı oluşturulur. Titreme olmadan da ısı artabilir, sempatik sinir sistemi aktivasyonu ile salınan E ve NE metabolik aktiviteyi ve ısı oluşumunu artırır; Titremeye bağlı olmayan termojenez (Şişmanlığa karşı tampon!) Kahverengi yağ dokusunda (YD da çoktur) sempatik uyarı aşırı ısı oluşumuna neden olur.

Vücut Sıcaklığının Düzenlenmesi Vücuttaki derin dokuların sıcaklığı (iç sıcaklık) kişide ateşli bir hastalık olamadıkça ±0,6 ºC içinde sabit kalır. Çıplak bir kişi kuru havada 13-55 ºC arasında vücut iç sıcaklığı değişmez. Deri sıcaklığı iç sıcaklığın tersine, çevre sıcaklığına bağlı artar veya azalır.

Normal İç Isısı Ağızdan 36,1- 37,5 ºC (rektum; 0,6 ºC fazladır) Ağır egzersizde vücut sıcaklığı 38,3-40 ºC Soğukta 35,6 ºC den aşağı düşebilir

Isı Üretimi Tüm hücrelerin bazal metabolizma hızları Kas aktivitesine bağlı metabolizma hızının artması, titremenin etkisi Tiroksin gibi hormonların etkisi Sempatik uyarım Hücre sıcaklığı artması ile hücrelerde metabolizma artışı Besinin ısı üretici etkisi (sindirim, emilim depolanma) Isı üretimine neden olur.

Isı Kaybı Vücutta üretilen ısının çoğu derin organlarda KC, beyin, kalp ve egzersiz sırasında iskelet kaslarında oluşur. Derin organlar ve dokulardan deriye taşınır---hava ve çevreye aktarılır Isının vücut içinde üretildiği yerden deriye iletim hızı Isının deriden çevreye aktarılma hızı Isının kayıp hızını belirler

Vücudun Yalıtkan Sistemi Deri, derialtı dokuları ve derialtı dokularındaki yağ, vücuttaki yalıtıcı sistemi oluşturur

Vücut içinden deriye kan akımı ısı taşınmasını sağlar Kan damarları yalıtkan derialtı yağ dokularına girerek derialtında yoğun bir şekilde dağılırlar Deri kapillerlerinden gelen kanla beslenen venöz ağın olması önemlidir Kan, bu ağa el, ayak, kulak gibi uç noktalarına arteriyo-venöz bağlantılarla arteriyollerden doğrudan gelir.

Vücut içinden deriye kan akımı ısı taşınmasını sağlar Venöz ağa gelen kan akımı sıfırdan başlayarak hızla kalp debisinin %30’na ulaşabilir. Kan akımının artması vücut içi ısısının deriye iletimini artırır Azalması da deriye ısı iletimini azaltır. Deri kontrollü bir ısı radyatör sistemi olup, deri kan akımı, ısının vücut içinden deriye iletilmesinde en etkili mekanizmadır.

Vücut içinden deriye kan akımı ısı taşınmasını sağlar Ortamın sıcaklığı da vücut içinden deriye ve oradan da havaya ısı iletimini etkilemektedir

Deriye Isı İletiminin Sempatik Sinir Sistemi ile Kontrolü Derideki venöz ağlara kanı getiren arteriyollerin ve arteriyo-venöz bağlantıların daralması ile kontrol edilir, Vazokonstriksiyon vücudun iç ısısı ve çevre ısısının değişimi ile uyarılan sempatik sistemle denetlenir.

Isı yapımı Metabolik Çevresel Isı kaybı Radyasyon (Işıma) Konveksiyon (Yansıma) Kondüksiyon (İletim) Evaporasyon (Buharlaşma)

Deriden Isı Kaybı Işıma (Radyasyon) İletim (Kondüksiyon) Yansıma (Konveksiyon) Buharlaşma (Evaporasyon) Terleme Soluma

Işıma (Radyasyon) Işıma normal oda sıcaklığında çıplak bir kişide toplam ısı kaybının % 60 oluşturur

Vücuttaki ısı kaybı mekanizmaları Duvar Evaporasyon Radyasyon Isı dalgaları Havaya iletim Hava akımları Yansıma (konveksiyon) Objelere iletim Vücuttaki ısı kaybı mekanizmaları

İletim Vücut yüzeyinden iskemle, yatak gibi yüzeylere doğrudan ileti ile kaybedilen ısı miktarı % 3 kadardır. Havaya iletim yoluyla ısı kaybı %15 dir.

Konveksiyon (Yansıma) Isının vücuttan hava akımıyla kaybına denir. Isı önce havaya iletilir sonra hava akımıyla uzaklaştırılır Deriye komşu olan hava ısındığı zaman yükseleceğinden vücudun etrafında sürekli az miktarda konveksiyon olur.

Rüzgarın Serinletici Etkisi Rüzgarda deriye komşu hava tabakası normalden daha hızlı yenilenir ve konveksiyonla ısı kaybı artar Rüzgarın serinletici etkisi rüzgar hızının kareköküyle orantılıdır.

Suyun Isı Kaybına Etkisi Suyun özgül ağırlığı ve ısı iletkenliği havadan çok yüksek olduğundan fazla miktarda ısıyı absorbe edebilir.

Evaporasyon (Buharlaşma) Deri ve akciğerlerden (600-700 ml/gün) farkedilmeden su buharlaşır. Çok sıcak havalarda vücudun ısıdan kurtulması için ışıma ve iletim ile ısı kaybedilir. Doğuştan ter bezleri olmayanlar soğuğa adapte olabilirken, tropikal sıcaklıklarda buharlaşma yoluyla soğutma mekanizmaları olmadığı için sıcak çarpmasından ölebilirler.

Giysilerin İletimle Isı Kaybına Etkileri Giysi kıvrımları arasındaki hava, deriye komşu özel bölge denilen hava tabakasının kalınlığını artırarak iletim ve konveksiyonla ısı kaybını azaltır (çıplak vücuda göre yarı yarıya). Giysilerin içi altın tabakası ile kaplanınca ışıyan ısı vücuda geri yansıtılır ve yalıtkanlık artırılır. Islak elbise vücut sıcaklığını koruma özelliğini kaybeder; suyun yüksek iletkenliği ısı kaybını 20 kat artırır. Terleme ile ıslanan giysilerin yalıtkanlık özellikleri azalır.

Terleme Ön hipotalamus preoptik alanın uyarılması terlemeye yol açar Otonom sinir sistemi ile omuriliğe, sempatik yollar ile tüm vücuda ve deriye iletilir. Ter bezleri sempatik kolinerjik liflerle uyarılırlar Egzersizde kaslar tarafından üretilen ısının kaybı için adrenal medulladan salınan epinefrin ve norepinefrin ter bezlerini büyük oranda uyarır.

Terin Salgılanması Ter bezleri: 1-teri salgılayan deri altındaki kıvrımlı bölüm 2- derinin dermis ve epidermis bölgelerinden dışa uzanan kanal bölümünden oluşur. Ter bezleri primer (öncül) salgı denilen sıvı salgılar. Bu sıvı kanalda akarken içindeki maddelerin yoğunluğu değişir.

Terin Salgılanması Primer salgının bileşimi plazmaya benzer, farkı proteinlerin olmamasıdır. Ter bezleri uyarıldığı zaman primer (öncül) salgı kanaldan akar, Na+ ve Cl- geri emilir. Sıvının osmotik basıncı düşer, su da geri emilerek diğer maddelerin yoğunlaşmasına neden olur Düşük hızdaki terde üre, laktik asit ve potasyum yoğundur.

Terlemenin Aklimatizasyonu (İklime Uyum) Aklimatize olmamış kişide 1 litre/saat fazla ter salgılanır. Sıcak havada 1-6 hafta kalan kişi 2-3 lt/saat terler, Terin buharlaşmasıyla vücuttan ısı kaybı hızı, normal bazal ısı oluşumunun 10 katı kadar artar Aklimatizasyonda terde NaCl yoğunluğu azalır; aldosteron salgı artışına bağlı olarak Aklimatize olmamış kişi terle 15-30 gr /gün tuz kaybederken aklimatizasyon ile 3-5 gr/gün olur.

Soluma ile Isı Kaybı Hayvanların bazıları vücut yüzeyinden ısı kaybetmeleri azdır: 1- vücutları genellikle kürkle kaplıdır 2-derilerinde ter bezleri bulunmaz, ısının buharlaşıp kaybolmasını engeller. Hayvanlarda ısı dağıtımı ağızdan soluma yöntemi ile sağlanır Soluma olayı ponstaki pnömotaksik solunum merkezi tarafından kontrol edilir.

Vücut Sıcaklığının Düzenlenmesi; Hipotalamusun Rolü Anteriyor Hipotalamustaki preoptik alanın fonksiyonudur. Titreme hipotalamus tarafından uyarılır Posteriyor hipotalamustaki alan preoptik alandaki sıcaklık merkezinden gelen uyarılarla inhibe edilirken deri ve omurilikten gelen soğukluk uyarıları ile aktiflenir. Beyin sapından omurilik yan kordonlarla ön motor nöronlara gönderilen uyarılar titreme yaratır. En şiddetli titreme vücut ısı üretimini 4-5 kat artırabilir.

Isı Oluşumunun Sempatik “Kimyasal” Uyarımı Sempatik uyarma ya da dolaşımdaki E ve NE hücre metabolizmasını artırır; kimyasal ısı üretimi Kahverengi yağ miktarı ile doğru orantılıdır Erişkinlerde kahverengi yağ çok az bulunduğundan kimyasal ısı üretim hızı %15-20 artabilir YD da kimyasal termogenez ısı oluşumunu %100 artırabilir.

Tiroksin; Yüksek Isı Oluşumunun Nedeni Preoptik alan soğutulunca hipotalamustan tirotropin serbestleyici hormon salınır -- ön hipofizden tiroid uyarıcı hormonu salgılatır, tiroid bezinden tiroksin salgılanır Tiroksin tüm vücutta kimyasal termogenez ile hücresel metabolizmayı hızlandırır (haftalar içinde gelişir) Haftalarca aşırı soğukta kalan hayvanların tiroid bezleri %20-40 büyür Soğuk iklimde yaşayan insanlarda toksik guatr daha sık!

Ayar Noktası Kavramı Vücudun iç sıcaklığında kritik düzey 37,1 dir; ayar noktası 37,1 üstünde ısı kaybının hızı, ısı oluşumundan fazladır Altında ısı üretim hızı ısı kaybı hızından daha çoktur.

Vücut Sıcaklığının Kontrolünde Geri Bildirim Kazancı Geri bildirim kazanç kontrol sistemlerinin etkinlik ölçüsüdür. Isı kontrol sisteminin geribildirim kazancı ortam sıcaklığındaki değişikliğin vücut sıcaklığındaki değişikliğe oranından 1’in çıkarılmasıyla bulunur.

Deri Sıcaklığı İç Sıcaklığın Ayar Noktasını Hafifçe Değiştirebilir Kritik sıcaklık ayar noktası anteriyor hipotalamus preoptik alandaki reseptörlerin aktivitesi ile belirlenir. Periferden özellikle deri ve derin dokulardan (omurilik, karın organları) gelen uyarılar da ısı düzenlenmesinde etkilidir. Bu etkiler hipotalamustaki termostatın ayar noktalarını degiştirir

Vücut Sıcaklığının Davranışsal Kontrolü Vücut iç ısısı yükseldiğinde beyin sıcaklık kontrol alanlarından başlayan uyarılar kişide aşırı sıcak duyusunu yaratır. Vücut soğuduğunda deri ve derin reseptörlerden gelen uyarılar kişide üşüme duyusu uyandırır. Kişi soğuk havada ısıtılmış oda görmek gibi uygun ortam düzenlemeleri yapmaya çalışır Sıcaklığın davranışsal kontrolü

Pirojenlerin Etkisi Hastalıkta ateşi yaratan etken, toksik bakteriler tarafından salınan ya da dejenere dokulardan serbestleyen pirojenlerdir. Bunlar hipotalamustaki termostat ayar noktasını yükselmesine neden olur.

Pirojenlerin Etkisi Bakteriler ya da parçalanma ürünleri lökositler, doku makrofajları ve büyük granüllü katil lenfositler tarafından fagosite edilirler. Bu hücreler bakteri ürünlerini sindirdikten sonra interlökin-1, lökosit pirojeni veya endojen pirojen denilen bir maddeyi vücuda verirler. Interlökin-1 hipotalamusa ulaşınca vücut sıcaklığı 8-10 dak içinde artar Interlökin-1 PGE2 ya da benzeri bir madde üzerinden ateşi yükseltir? Aspirin Araşidonik asitten prostaglandin oluşumunu engelleyerek antipiretik etki gösterir

Beyin Lezyonları Hipotalamus bölgesinde operasyon yapıldığında şiddetli ateş oluşur. Hipotalamus beyin tümörlerinin basısına maruz kaldığında ateş yükselir.

Ateşli Durumların Özellikleri: Titreme Doku harabiyeti, pirojenler ya da dehidratasyon sonucu hipotalamus termostat ayar noktası ani olarak yükseldiğinde vücut sıcaklığının bu yeni ayar noktasına çıkması saatler alır.

Sıcaklığa dayanma sınırı havanın nemli veya kuru olmasına bağlıdır. Isı Çarpması Sıcaklığa dayanma sınırı havanın nemli veya kuru olmasına bağlıdır. Hava tamamen kuruysa birkaç saat 54 ºC, %100 nemli havada veya vücut su içindeyse 34 ºC nin üstünde vücut ısısı artar Kişi ağır bir iş yapıyorsa kritik çevre sıcaklığı 29-32 ºC dir. Vücut ısısı 41-42 ºC; sıcaklık çarpması Baş dönmesi, karın ağrısı, kusma, bazen deliryum, bilinç kaybı, dolaşım şoku

Kulak memeleri, el-ayak parmaklarında donma meydana gelir. Aşırı Soğukta Kalma Vücut iç sıcaklığı 25 ºC altına inince 20-30 dak içinde müdahale edilmezse kalp durması ve ölüm olur. Vücut sıcaklığındaki her 12 ºC lik azalma ile hücrelerde ısı oluşum hızı iki katı azalır. Uyku ve koma hali gelişerek kontrol mekanizmaları devreye giremez, titreme önlenir. Kulak memeleri, el-ayak parmaklarında donma meydana gelir. Hücrelerde buz kristalleri oluşturacak kadar fazla ise, dolaşım bozukluğu ve lokal doku hasarı gibi kalıcı harabiyete neden olur. Buzun çözülmesini gangren izler, donuk alanlar cerrahi olarak çıkarılır.

Aşırı Soğukta Kalma Donma sıcaklığında donuğa karşı son koruma, damar yatağındaki düz kasların paralizisine bağlı gelişen ani vazodilatasyondur; deride ani bir kızarma olur deriye sıcak kan akışı ile donuğu engellemeye çalışır