Sistema di informazione sul rischio di colpo di calore che utilizza un misuratore di velocità di traspirazione indossabile sugli utenti sottoposti a esercizio fisico

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 416 (2023) Citare questo articolo

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Abbiamo costruito un sistema informativo per gli utenti sul rischio di colpo di calore utilizzando un misuratore di traspirazione indossabile e le risposte alla sete degli utenti. Il misuratore della sudorazione è stato costruito con un sensore capacitivo di umidità nella capsula ventilata. È stato deciso di modificare il punto temporale per informare il rischio di colpo di calore da positivo a negativo sulla derivata seconda della curva della sudorazione. Inoltre, è stato costruito un sistema indossabile di autoidentificazione e informazione per la risposta alla sete con uno smartphone. Per valutare la validità dell'apparato indossabile, abbiamo mirato a condurre esperimenti umani su 16 soggetti sani con esercizi fisici di salita e discesa. I campioni di sangue e urina dei soggetti sono stati raccolti prima e dopo l'esercizio fisico di 30 minuti. Le concentrazioni di TP, Alb e RBC sono aumentate leggermente con l'esercizio. Al contrario, le concentrazioni di vasopressina in tutti i soggetti aumentavano notevolmente con l’esercizio. Nella maggior parte dei soggetti, hanno identificato la risposta alla sete fino a diversi minuti dopo l'informazione sul rischio di colpo di calore. In conclusione, il rateometro indossabile e il sistema di autoinformazione della risposta alla sete erano adatti per informare il sistema del rischio di colpo di calore. La validità del punto temporale per informare il rischio di colpo di calore è stata confermata con cambiamenti nella risposta alla sete e nelle concentrazioni di vasopressina nel sangue.

Il colpo di calore è diventato una preoccupazione sociale critica nel mondo, soprattutto in Giappone a causa del clima umido e caldo in estate. Viene classificato come passivo o da sforzo a seconda delle sue cause1. Il primo caso è segnalato soprattutto tra le persone anziane la cui capacità di adattarsi fisiologicamente allo stress da caldo è compromessa2. Inoltre, anche i bambini sono considerati una popolazione a rischio. La suscettibilità dei bambini al colpo di calore passivo è attribuita a un elevato rapporto tra superficie e massa, un sistema termoregolatore sottosviluppato, un volume sanguigno ridotto rispetto alle dimensioni corporee e un basso tasso di sudorazione3.

Quest’ultimo, invece, è direttamente correlato all’attività fisica. In generale, gli atleti, i vigili del fuoco e i lavoratori agricoli sono i più preoccupati4. Una notevole quantità di sudorazione e pelle bagnata sono segni tipici di colpo di calore da sforzo, mentre, nel colpo di calore passivo, la pelle è solitamente secca, riflettendo una caratteristica diminuzione della risposta e della produzione delle ghiandole sudoripare negli anziani sottoposti a stress da calore. La pelle può essere arrossata, riflettendo un'eccessiva vasodilatazione periferica, o pallida, indicando un collasso vascolare1. Tuttavia, la fisiopatologia del colpo di calore e gli approcci terapeutici basati sui meccanismi non sono stati ancora chiariti. In particolare, non sono ancora stati riportati studi su nuovi biomarcatori in grado di predire significativamente gli esiti del colpo di calore.

Le attività sudomotorie nei soggetti umani coinvolgono l'opercolo frontale, l'ipotalamo, il tronco encefalico, il midollo spinale, i gangli della catena simpatica, i nervi periferici e le ghiandole sudoripare eccrine5,6,7. Pertanto, i pazienti con malattie cardiovascolari con problemi come il sistema nervoso centrale o periferico di solito mostrano segni di iperidrosi o ipoidrosi6. In particolare, il paziente con infarto miocardico grave presenta iperidrosi palmare, con conseguente mano fredda8,9.

D'altra parte, è stato confermato che la sudorazione palmare attiva nei soggetti umani collabora con le attività neurali dei centri limbico-corticali tra cui l'amigdala, l'ippocampo e la corteccia prefrontale8,9. Le vie sudomotorie da questi centri corrono attraverso il tronco encefalico, il midollo spinale e le fibre nervose simpatiche colinergiche periferiche fino alle ghiandole eccrine nella pelle palmare8,9. Infatti, l'encefalite virale non selettiva dell'amigdala in pazienti giovani non ha indotto sudorazione palmare attiva, sebbene sia stata rilevata sudorazione palmare fisiologica circa 2 settimane dopo il trattamento farmacologico10. Attualmente abbiamo dimostrato che il picco più rapido nella risposta galvanica cutanea (GSR) concordava completamente con il punto di partenza della sudorazione palmare attiva. La chiusura e l'apertura degli occhi o l'autoconsapevolezza della sonnolenza hanno prodotto in modo significativo cambiamenti nella GSR basale e nella sudorazione palmare attiva, che possono diventare strumenti utili per valutare la lucidità o la sonnolenza nei soggetti umani11.