Hypertermie

Slovo hypertermie pochází z řeckých slov hyper (nadbytek) a thermo (teplo).

• stav, kdy dochází k nefyziologickému zvýšení teploty organizmu vyvolané poruchami termoregulace – u člověka teplota 37 °C a vyšší
• zvýšení teploty tkáně vyvoláno záměrně zejména za cílem léčby nádorů
• aplikací tepla (popř. chladu) na organismus se také zabývá článek termoterapie

Hypertermie – nefyziologické zvýšení teploty organizmu

Stálé udržení tělesné teploty je podmíněno rovností tepla vzniklého metabolickými procesy a tepla odváděného do okolí. Tato rovnost je udržována převážně regulací rychlosti odvádění tepla – to se odvádí hlavně kůží a plícemi. Uvnitř těla se tepelné výměny účastní proudění krve (ta také zajišťuje přenos tepla z vnitřku organismu na povrch). Tepelná výměna probíhá do doby, než nastane rovnovážný stav. Fyzikální mechanismy výměny tepla s okolím (sálání, vedení, proudění, a vypařování vody) a vlivy klimatických podmínek na tuto výměnu jsou vysvětleny v článku - Působení vysokých teplot na organismus.

Procentuální zastoupení jednotlivých mechanismů je uvedeno v článku - tepelné ztráty organizmu. Pokud je nějaký z těchto mechanismů narušen, dochází k hypertermii.

Jak dochází ke změně tělesné teploty

Při změně tělesné teploty dochází ke změně vnitřní energie (značí se ΔU, jednotka, …J [joule]).
Tato změna může nastat:

• konáním mechanické práce

Mechanická práce závisí na síle, která působí na těleso, na dráze, kterou těleso vykoná a na úhlu, který svírá síla a trajektorie pohybu tělesa- W= F. s. cosα. Také ji ale můžeme vyjádřit jakou změnu kinetické energie – W= Ek₂ – Ek₁. Z toho vyplývá: ΔU=|ΔEk|= W

• tepelnou výměnou

Mírou tepelné energie, která při tepelné výměně odevzdá teplo tělesu studenějšímu, je veličina TEPLO...Q=c.m.Δt [J]

c...měrná tepelná kapacita = fyzikální veličina, která vyjadřuje, jaké teplo odevzdá/přijme 1kg látky při ochlazení/zahřátí o 1K (°C), m...hmotnost tělesa, Δt...změna teploty

Tepelná kapacita (C) = fyzikální veličina, která vyjadřuje množství tepla, kterým se těleso ohřeje/ochladí o 1K; C=Q.ΔT^-1; C=c.m [J.K^-1]

Různá prostředí/tělesa (např. vzduch, voda, …) mají jinou měrnou tepelnou kapacitu, a proto na nás mají jiný ohřívací účinek. Horká voda nás více zahřívá než stejně horký vzduch.
Proto např. v sauně vydržíme teplotu i 100 °C, ale v páře jenom 60 °C.

látka	c [J.kg-1.K-1]
voda	4 180
vzduch 0 °C	1 003
olej	2 000

Ohřívací efekt také ovlivňuje:

• proudění – proudící horký vzduch nás ohřívá více
• tepelná vodivost = schopnost okolí vést teplo
  • charakterizována součinitelem tepelné vodivosti (= měrná tepelná vodivost)
• tlak

• oběma ději najednou – většinou

Lidské tělo lze přirovnat k tzv. tepelnému stroji, který pracuje na základě 1. termodynamického zákona

Změna vnitřní energie soustavy/lidského těla se rovná součtu práce vykonané okolními tělesy, působícími na danou soustavu silami a tepla odevzdaného soustavě. ΔU= W + Q

Soustava může energii přijímat (W>0, Q>0) i odevzdávat (W<0, Q<0). Pokud práci vykonává sama soustava/ l. tělo, použijeme vzorec: ΔU= – W' + Q Také platí 2. termodynamický zákon – přeměna energie nemůže být úplná.

Příčiny hypertermie

• fyzikální
  • dlouhodobá expozice na slunci (sluneční úpal), pobyt v horkém a vlhkém prostředí (horká lázeň, delší pobyt v sauně) – horší výměna tepla vedením (kondukce) a porucha vypařování (evaporace)
  • nad 60 °C zvláště vysoké riziko
  • poruchy prokrvení organismu, srdeční selhání – porušena výměna tepla prouděním (konvekce)
  • tělesná námaha – (viz úvod – tepelný stroj)
  • dehydratace – snížená možnost vypařování
• biologické
  • infekční onemocnění (nachlazení, chřipka, zarděnky, opar atd.)
  • poškození hypotalamu, tyreotoxikóza (onemocnění štítné žlázy), feochromocytom (typ nádoru vycházející z dřeně nadledvin)
  • ektodermální dysplazie (chybění potních žláz), cystická fibróza
  • hypersenzitivita na látky (alkohol, atropin, antihistaminika, sympatomimetika...)
  • maligní hypertermie (onemocnění kosterního svalstva)
  • riziko zvyšuje obezita, vyšší věk, únava, nedostatečná aklimatizace, rozsáhlejší poškození kůže (např. popáleniny)

Následky hypertermie

• extrémní vasodilatace, pokles krevního tlaku, zhoršení redistribuce krve, pokles perfuze mozku, selhávání srdce, edém plic
  
• dehydratace -> hyperosmolarita (vyšší látkové množství osmoticky aktivních částic rozpuštěných v litru rozpouštědla)
  
• kolapsy (dlouhodobé stání v horku a bezvětří), bezvědomí, poškození mozku, selhávání orgánů
  
• hluboká metabolická acidóza (pokles koncentrace standardních hydrogenuhličitanů), hyperventilace (zrychlené a prohloubené dýchání), hyperkalemie (zvýšení draslíku v krvi), v počátečních fázích může být ale i hypokalémie (zadržování draslíku v buňkách, ztráty střevem)
  
• poškození tkání teplem (denaturace bílkovin, nekrózy, …)
  
• v těhotenství: nebezpečí potratu, malformací (vrozené vývojové vady) – při tělesné teplotě vyšší o 2–2,5 °C, délka působení vyšší teploty riziko také zvyšuje
  • nedoporučují se:
  • horké koupele (maximálně 10 min)
  • sauny (maximálně do 20 minut u žen, které saunu pravidelně navštěvovaly i před otěhotněním)
  • velmi namáhavá cvičení do 16 týdne těhotenství
    
• úžeh: malátnost, poruchy koncentrace, bolesti hlavy, závratě, nevolnost, zvracení, ztuhnutí šíje, překrvení mozkových obalů (edém mozku, až serózní meningitida), rozvoj křečí, delirium až bezvědomí
  
  

Hypertermie v onkologii

• pomáhá zvyšovat účinky léčby nádorů
  
• je přínosem pouze tehdy, pokud zdravá tkáň není během léčby poškozena a teplo zastihne primárně nádorové buňky
  
• léčba je možná hlavně díky odlišnému krevnímu zásobení, což dělá nádorové buňky citlivější na ohřev
  
• využívá druhotného tepelného účinku mikrovlnného záření, ultrazvukového vlnění, laseru
• další, méně využívané metody ohřevu: infračervené záření, lokální perfuze, imerze (teplotu tkáně zvýší v omezeném objemu)

Podle výše teploty se dělí na

• nízkoteplotní – ohřev tkání na teploty 39 °C
• vysokoteplotní – interval 41-45 °C
• vyšší teploty – termální destrukce tkání (termoablace)

Mechanismus účinku

• přesný mechanizmus není znám, hovoří se ale o tzv. primární termosenzitivitě nádorové buňky
• významnou úlohu hraje krevní zásobení tkáně - nejvyšší účinek je v místě, kde je průtok krve danou oblastí minimální -> rozdílné ochlazování nádorové a normální tkáně
• množství tepelné energie, která je krví odvedena z tkáně za určitou dobu, můžeme spočítat vztahem:
  • Q= c.m.Δt; c...měrná tepelná kapacita krve, m... hmotnost krve, která danou oblastí proteče, Δt= t₂-t₁...změna teploty (konečná - počáteční teplota).
  • -> čím větší hmotnost krve proteče, tím více se daná oblast ochladí a tím je účinek hypertermie menší.

Výsledek působení tepelné energie na buňku

• změna pH vnitřního prostředí -> aktivace lyzosomálních enzymů
• zpomalení až zastavení reparačních dějů
• někdy také přímý rozklad buněk

Použití

• zvyšování účinků radioterapie nebo chemoterapie
• recidiva nádorů (byly-li vyčerpány možnosti radioterapie)
• nádory s průměrem větším než 2 cm
• radioresistentní nádory
• předoperační zmenšení nádoru
• dětská onkologie

Podle objemu zahřívané tkáně se hypertermie dělí

• lokální – zahřívání povrchově uložených ložisek do hloubky 3–4 cm
• regionální – zahřívání hluboce uložené tkáně a orgánů
• intersticiální – působení přímo do nádorem postižených tkání (např. mozek)
• intrakavitální – při které se zavádějí aplikátory do dutin (např. močový měchýř)
• celotělová – zahřívání celého těla

Termotolerance

• odolnost buněk na vyšší teploty (nad 41 °C)
• přechodný, nedědičný typ teplotní rezistence buněk
• plně se rozvíjí po začátečním ohřevu a trvá 2–3 dny, poté buňka opětovně nabývá termorezistivity

Léčba

Termoradioterapie

• využívá opačných účinků hypertermie a radiační léčby
  

	hypertermie	radioterapie
hypoxická tkáň	nejvyšší účinek	rezistence
anaerobní metabolismus	nejvyšší účinek	minimální efekt
vysoká mitotická aktivita	nízký účinek	vysoký účinek
dostatečný krevní průtok	nízký účinek	vysoký účinek
S–G0 fáze buněčného cyklu	vysoký účinek	rezistence

• vzájemnou kombinací obou metod můžeme dosáhnout synergie účinku -> stejný léčebný efekt i při nižší dávce záření, nebo vyšší efekt při stejné dávce záření
• nízkoteplotní hypertermií - zvýšíme průtok krve do tkáně
• ionizující záření ničí DNA rakovinné buňky, ohřev zabraňuje jejímu obnovení
• podstatou zvýšení účinku radioterapie jsou změny v konformaci proteinů (hlavně reparačních enzymů)
  • snížená schopnost buněk opravovat poškození DNA způsobené radioterapií -> vyšší pravděpodobnost spuštění apoptózy, nebo zabránění v růstu a dělení buněk.
  • snížení syntézy DNA a buněčných proteinů
• hypertermie se aplikuje 1–4 hodiny po radioterapii
• aplikace hypertermie trvá 45–60 minut a provádí se 1–2× / týden v průběhu radioterapie

Termochemoterapie

• podstatou zvýšení účinku chemoterapie je také inhibice reparace DNA (viz termoradioterapie)
  • ovlivnění farmakokinetiky léků, koncentrace léků v nádoru, průnik léků skrz buněčné membrány a jejich metabolizace -> zvýšení koncentrace léčiva v prohřívané oblasti
  • obnovení citlivosti nádoru na některá cytostatika (cisplatina)
  • látky podávané ve speciálních kapslích (liposomy) se uvolňují díky hypertermii až v nádoru – omezení negativních vlivů
• chemoterapie se aplikuje současně s hypertermií, nebo těsně před hypertermií
• výrazně stoupá toxicita

Mikrovlnná hypertermie

• vysokofrekvenční (>106 MHz) elektromagnetické pole se šíří tkání jako elektromagnetická vlna – tu tkáň vstřebá (tkáň se chová jako ztrátové dielekrikum) -> elektromagnetická vlna se přemění v teplo
• elektromagnetické pole vyvolá pohyb polárních molekul a iontů -> umožňuje vznik proudu, který pak ohřívá biologickou tkáň.

Ultrazvuk

• nejvhodnější
• mechanická vlna při průniku do cílené tkáně způsobuje zahuštění a zředění prostředí, tkáň absorbuje ultrazvukovou vlnu a mechanická energie se přemění v tepelnou energii
• při frekvencích okolo 10 MHz – vrstva do 1 cm
• při frekvencích 0,5 MHz – až do hloubky 10 cm
• umožňují ohřev lokální, regionální, intrakavitální či intersticiální

Odkazy

Související články

• Termoregulace
• Maligní hypertermie
• Vlivy extrémních teplot na živé organismy
• Termoterapie
• Působení vysokých teplot na organismus
• Tepelné ztráty organizmu
• Horečka

Použitá literatura

• NAVRÁTIL, Leoš a Jozef ROSINA, et al. Medicínská biofyzika. 1. vydání. Praha : Grada, 2005. 524 s. ISBN 80-247-1152-4.

• BLATTEIS, Clark M. Physiology and pathophysiology of temperature regulation. 1. vydání. 1998. ISBN 981-02-3172-5.

• ZOUL, Zdeněk. Hypertermie v léčbě nádorových onemocnění. Medical Tribune [online]. 2012, roč. 8, vol. 22, s. 0, dostupné také z <https://www.tribune.cz/clanek/28524-hypertermie-v-lecbe-nadorovych-onemocneni>. ISSN 1214-8911. 

• ZÁMEČNÍK, Jiří. Hypertermie v onkologii. 1. vydání. Praha : Avicenum, 1988. 96 s. 

• VAŠUT, Karel, PharmDr. Ph.D. Lékárna Slunce : Hypertermie [online]. [cit. 2013-01-04]. <http://www.lekarnaslunce.cz/leky-v-tehotenstvi/hypertermie>.

.