Регулирането на температурата се състои в координиране на процесите на производство на топлина (химическа терморегулация) и пренос на топлина (физическа терморегулация).
Процеси на производство на топлина.Във всички органи, в резултат на метаболитни процеси, възниква топлоотделяне. Следователно кръвта, която тече от органите, като правило има по-висока температура от тази, която се влива. Но ролята на различните органи в производството на топлина е различна. В покой черният дроб представлява около 20% от общото производство на топлина, за други вътрешни органи - 56%, за - 20%, по време на физическа активност върху скелетните мускули - до 90%, за вътрешните органи - само 8%.
По този начин мощен резервен източник на производство на топлина са мускулите по време на тяхното свиване. Промяната в активността на техния метаболизъм по време на движение е основният механизъм за производство на топлина. Сред различните локомоции могат да се разграничат няколко етапа на мускулно участие в производството на топлина.
1. Терморегулаторен тонус.В този случай мускулите не се свиват. Повишава се само тонуса и метаболизма им. Този тонус се появява обикновено в мускулите на врата, торса и крайниците. В резултат производството на топлина се увеличава с 50-100%.
2. Треморът възниква несъзнателно и се състои в периодична активност на високопрагови двигателни единици на фона на терморегулаторния тонус.По време на треперене цялата енергия се насочва само към увеличаване на генерирането на топлина, докато при обикновено движение част от енергията се изразходва за движение на съответния крайник, а част за термогенеза. При треперене производството на топлина се увеличава 2-3 пъти. Треперенето често започва от мускулите на шията, лицето. Това се дължи на факта, че на първо място трябва да се повиши температурата на кръвта, която тече към мозъка.
3. Произволните контракции се състоят в съзнателно увеличаване на мускулната контракция.Това се наблюдава при условия на ниска външна температура, когато първите два етапа не са достатъчни. При произволни контракции производството на топлина може да се увеличи 10-20 пъти.
Регулирането на производството на топлина в мускулите се дължи на влиянието на а-мотоневроните върху функцията и метаболизма /мускулите, в останалите тъкани - симпатикуса нервна системаи катехоламини (увеличават интензивността на метаболизма с 50%) и действието на хормоните, особено тироксин, който почти удвоява производството на топлина.
Значителна роля в термогенезата играят липидите, които освобождават по време на хидролиза много повече енергия (9,3 kcal / g), отколкото въглехидратите (4,1 kcal / g). От особено значение, особено при децата, е кафявата мазнина.
Процеси на топлообменпротича по следните начини - излъчване, конвекция, изпарение и топлопроводимост.
Радиацията възниква с помощта на инфрачервено дълговълново лъчение. Това изисква температурен градиент между топлата кожа и студените стени и други предмети. околен свят. По този начин количеството радиация зависи от температурата и повърхността на кожата.
Топлинната проводимост се осъществява при директен контакт на тялото с предмети (стол, легло и др.). В този случай скоростта на пренос на топлина от по-нагрято тяло към по-малко нагрят обект се определя от температурния градиент и тяхната топлопроводимост. Топлопредаването по този начин се увеличава значително (14 пъти), когато човек е във вода. Частично чрез проводимост топлината се пренася от вътрешните органи към повърхността на тялото. Но този процес се инхибира поради ниската топлопроводимост на мазнините.
конвекционен път.Въздухът в контакт с повърхността на тялото, при наличие на температурен градиент, се нагрява. В същото време той става по-лек и, издигайки се от тялото, освобождава място за нови порции въздух. По този начин отнема част от топлината. Интензивността на естествената конвекция може да се увеличи чрез допълнително движение на въздуха, намалявайки препятствията при навлизането му в тялото (подходящо облекло).
Изпаряване на потта.При стайна температура при съблечен човек около 20% от топлината се отделя чрез изпарение.
Топлопроводимост, конвекцията и излъчването са пасивни пътища за пренос на топлина, базирани на законите на физиката. Те са ефективни само ако се поддържа положителен температурен градиент. Колкото по-малка е температурната разлика между тялото и околната среда, толкова по-малко топлина се отделя. При същите показатели или при висока околна температура, споменатите начини не само са неефективни, но тялото се нагрява. При тези условия в тялото се задейства само един механизъм на топлообмен, свързан с процесите на изпотяване и изпотяване. Тук се използват както физически закони (енергийни разходи за процеса на изпаряване), така и биологични (изпотяване). Охлаждането на кожата се улеснява от факта, че за изпаряване на 1 ml пот се изразходват 0,58 kcal. Ако не се случи
изпаряване на потта, ефективността на топлообмена е рязко намалена. М
Скоростта на изпарение на Shotu зависи от температурния градиент и насищането на околния въздух с водни пари. Колкото по-висока е влажността, толкова по-малко ефективен става този път на пренос на топлина. Ефективността на топлообмена рязко намалява, когато е във вода или в тесни дрехи. В този случай тялото е принудено да компенсира липсата на изпотяване чрез увеличаване на изпотяването.
Изпарението има два механизма:а) изпотяване - без участието на потните жлези б) изпаряване - с активното участие на потните жлези.
изпотяване- изпаряване на вода от повърхността на белите дробове, лигавиците, кожата, която винаги е мокра. Това изпарение не се регулира, зависи от градиента на температурата и влажността на околния въздух, стойността му е около 600 ml / ден. Колкото по-висока е влажността, толкова по-малко ефективен е този тип топлопредаване.
Механизъм на отделяне на пот. Потната жлеза се състои от две части: същинската жлеза, която се намира в подкожния слой, и отделителните канали, които се отварят на повърхността на кожата. В жлезата се образува първична тайна, а в каналите, поради реабсорбция, се образува вторична тайна - пот.
Първичен секрет, подобен на кръвната плазма. Разликата е, че в тази тайна няма протеини и глюкоза, има по-малко Na +. И така, в първоначалната пот концентрацията на натрий е около 144 nmol / l, хлор - 104 nmol / l. Тези йони се абсорбират активно по време на преминаването на потта през отделителните канали, което осигурява абсорбцията на вода. Процесът на абсорбция до голяма степен зависи от скоростта на образуване и насърчаване на потта, че тези процеси са активни, толкова повече Na + и Cl-остава. При силно изпотяване до половината от концентрацията на тези йони може да остане в потта. Силното изпотяване е придружено от повишаване на концентрацията на урея (до 4 пъти по-висока, отколкото в плазмата) и калий (до 1,2 пъти по-висока, отколкото в плазмата). Общата висока концентрация на йони, формиращи високо ниво на осмотично налягане, осигурява намаляване на реабсорбцията и освобождаване на голямо количество вода с потта.
При силно изпотяване може да се изразходва много NaCl (до 15-30 g / ден). В тялото обаче има механизми, които гарантират запазването на тези важни йони при силно изпотяване. Те участват в процесите на адаптация, по-специално алдостеронът подобрява реабсорбцията на Na +.
Функциите на потните жлези се регулират от специални механизми. Тяхната дейност се влияе от симпатиковата нервна система, но медиаторът тук е ацетилхолинът. Секреторните клетки, в допълнение към М-холинергичните рецептори, също имат адренорецептори, които реагират на катехоламини в кръвта. Активирането на функцията на потните жлези е придружено от увеличаване на кръвоснабдяването им.
Количеството отделена пот може да достигне 1,5 l / h, а при адаптирани хора - до 3 l / h.
При стайна температура в гол човек около 60% от топлината се отделя поради радиация, около 12-15% - въздушна конвекция, около 20% - изпарение, 2-5% - топлопроводимост. Но това съотношение зависи от редица условия, по-специално от температурата на околната среда.
Основна роля в регулирането на процесите на топлообмен играят промените в кръвоснабдяването на кожата. Стесняването на съдовете на кожата, отварянето на артериовенозните анастомози допринася за по-малък приток на топлина от сърцевината към черупката и нейното запазване в тялото. Напротив, с разширяването на съдовете на кожата, температурата му може да се повиши с 7-8 ° C. В същото време преносът на топлина също се увеличава.
Условно кожата може да се нарече радиаторна система на тялото. Кръвотокът в кожата може да варира от 0 до 30% от IOC. Съдовият тонус на кожата се контролира от симпатиковата нервна система.
По този начин телесната температура е баланс между процесите на производство на топлина и пренос на топлина. Когато производството на топлина преобладава над загубата на топлина, телесната температура се повишава и, обратно, ако загубата на топлина е по-голяма от производството на топлина, телесната температура намалява.
ТЕРМОРЕГУЛАЦИЯ И ЗДРАВЕ
Зоната на обитаване на хората се простира от полярните зони, където температурата на въздуха понякога достига -86 ° C, до екваториалните савани и пустини, в най-горещите части на които достига +50 ° C на сянка! Въпреки това, в такъв широк диапазон от температури, човек запазва активна жизненост и достатъчна работоспособност поради термичната си стабилност, когато телесната температура варира в относително тесни граници - от 36 до 37 ° C.
хомеотермия -постоянство на телесната температура - прави човек независим от температурните условия на пребиваване, тъй като биохимичните реакции, които осигуряват живота му, продължават да се извършват на оптимално ниво поради запазването на адекватна активност на тъканните ензими и витамини, които ги осигуряват, катализиращи и активиращи определени аспекти на метаболизма, тъканни хормони, невротрансмитери и други вещества, от които зависи нормалното функциониране на тялото. Изместването на температурата в една или друга посока рязко променя активността на тези вещества и в различна степен за всяко от тях - в резултат на това възниква дисоциация в дейността на потока на отделните аспекти на метаболизма. При пойкилотермичните, студенокръвни животни, чиято телесна температура се определя от температурата на околната среда (повишава или намалява заедно с последната), активността на техните тъканни ензими като биологични катализатори се променя заедно с промените във външните топлинни условия. Ето защо при понижаване на температурата степента на проявление на жизнената им активност намалява до пълно спиране - т.нар. застой, а при много висока температура настъпва или смърт, или изсъхване, което при някои от пойкилотермите също е вид спряна анимация. Така че, при промяна на външната температура, жизнената активност на някои насекоми (скакалци) може да се възстанови както след замразяване до температурата на течен азот (–189 ° C), така и след изсушаване. Описан е случай на съживяване, макар и краткотрайно, на гигантски тритон, замръзнал в ледник, според специалисти преди поне около 5000 години.
По този начин способността да се поддържа постоянна телесна температура при различни условия на съществуване прави топлокръвните животни независими от природните обстоятелства и способни да поддържат високо ниво на жизнеспособност. Тази способност се дължи на сложна система за терморегулация, която осигурява намаляване на производството на топлина и активното й връщане при опасност от прегряване и активиране на термогенезата с ограничен топлообмен - при опасност от хипотермия.
Статистиката показва, че в Русия повече от 40% от всички случаи на временна нетрудоспособност се дължат на настинки, което дава основание на неспециалистите да смятат системата за терморегулация за несъвършена. Въпреки това има много факти, които сочат високата естествена устойчивост на човек към действието на ниски температури. И така, йогите се състезават при температури под -20 ° C в скоростта на изсушаване на мокрите чаршафи с топлината на телата си, седнали голи върху леда на замръзнало езеро. Преплуването от специално обучени плувци през Беринговия проток от Аляска до Чукотка (над 40 км) при температура на водата от +4°C - +6°C стана традиционно. Якутите търкат новородените със сняг, а остяците и тунгусите ги потапят в сняг, поливат ги със студена вода и след това ги увиват в еленски кожи... В този случай, очевидно, трябва да се говори по-скоро за извращение на съвършените механизми на човешката терморегулация далеч не е от условията, които са ги формирали в еволюционния живот на съвременния човек, отколкото за несъвършенството на самите механизми.
Докато повечето от жизнените функции - кръвообращението, дишането, храносмилането и др. - имат определен структурен и функционален апарат, то терморегулацията няма такъв орган и е функция на целия организъм като цяло.
Според схемата, предложена от И. П. Павлов, топлокръвен организъм може да бъде представен като относително термостабилно „ядро“ и „черупка“ с широк температурен диапазон. Ядрото, чиято температура варира от 36,8–37,5 ° C, включва главно жизненоважни вътрешни органи: сърце, черен дроб, стомах, черва и др. Особено забележителна е ролята на черния дроб, който има относително висока температура - над 37,5°C, и дебелото черво, чиято микрофлора в хода на своята жизнена дейност отделя много топлина, която поддържа температурата на съседни тъкани. Термолабилната обвивка е изградена от крайници, кожа и подкожни тъкани, мускули и др. Температурата на различните секции на черупката варира в широки граници. Така температурата на пръстите на краката е около 24°C, температурата на глезенната става е 30–31°C, на върха на носа е 25°C, подмишницата, ректума е 36,5–36,9°C и т.н. Въпреки това, температурата на черупката е много подвижна, което се определя от условията на жизнена дейност и състоянието на тялото, поради което дебелината й може да варира от много тънка при топлина до много мощна, компресираща ядрото - при студ. Такива отношения между ядрото и обвивката се дължат на факта, че първото произвежда предимно топлина (в покой), докато второто трябва да осигури запазването на тази топлина. Това обяснява факта, че при закалени хора черупката в студа бързо и надеждно обгръща ядрото, поддържайки оптимални условия за поддържане на активността на жизненоважни органи и системи, докато при не-закалени хора черупката остава тънка дори при тези условия, създавайки заплаха от хипотермия на сърцевината (например, при намаляване на температурата на белите дробове само с 0,5 ° C съществува заплаха от пневмония).
Термичната устойчивост на тялото се осигурява основно от два допълващи се механизма на регулация – физичен и химичен. Физическа терморегулацияТой се активира главно при опасност от прегряване и се състои в пренос на топлина към околната среда. Това включва всички възможни механизми на пренос на топлина: топлинно излъчване, пренос на топлина, конвекция и изпарение. Топлинното излъчване се осъществява благодарение на инфрачервените лъчи, излъчвани от кожата, която има висока температура. Топлопроводимостта се осъществява благодарение на температурната разлика между кожата и околния въздух. Увеличаването на тази разлика се дължи на хиперемия - разширяване на кожните съдове и нахлуване на повече топла кръв от вътрешните органи, поради което цветът на кожата става розов при топлина. В същото време ефективността на преноса на топлина се определя от топлопроводимостта и топлинния капацитет на външната среда: например тези показатели при съответните температури за водата са 20–27 пъти по-високи, отколкото за въздуха. От това става ясно защо термокомфортната температура на въздуха за човек е около 18°C, а на водата – 34°C. Преносът на топлина поради изпаряване на потта е много ефективен, тъй като когато 1 ml пот се изпари от повърхността на тялото, тялото губи 0,56 kcal топлина. Ако вземем предвид, че възрастен човек отделя около 800 ml пот дори в условия на ниска физическа активност, тогава ефективността на този метод става ясна.
При различни условия на живот съотношението на топлинните загуби по един или друг начин се променя значително. И така, в покой и при оптимална температура на въздуха тялото губи 31% от генерираната топлина чрез проводимост, 44% чрез радиация, 22% чрез изпарение (включително поради влага от дихателните пътища) и 3% чрез конвекция. При силен вятър се увеличава ролята на конвекцията, с повишаване на влажността на въздуха - проводимостта, а при повишена работа - изпарението (например при интензивно физическо натоварване изпарението на потта понякога достига 3-4 литра на час!).
Ефективността на топлообмен на тялото е изключително висока. Биофизичните изчисления показват, че нарушаването на тези механизми дори при човек в покой би довело до повишаване на телесната му температура в рамките на един час до 37,5°C, а след 6 часа – до 46-48°C, когато започва необратимо разрушаване на протеиновите структури.
Химична терморегулацияе от особено значение, когато има опасност от хипотермия. Загубата на вълнена покривка от човек спрямо животните го прави особено чувствителен към действието на ниски температури, както се вижда от факта, че човек има почти 30 пъти повече студени рецептори, отколкото топлинни рецептори. В същото време подобряването на механизмите за адаптиране към студа доведе до факта, че човек понася понижаването на телесната температура много по-лесно, отколкото нейното повишаване. По този начин бебетата лесно понасят понижаване на телесната температура с 3–5 ° C, но е трудно да понасят повишаване с 1–2 ° C. Възрастен без никакви последствия понася хипотермия до 33–34 ° C, но губи съзнание при прегряване от външни източници до 38,6 ° C, въпреки че с треска от инфекция той може да запази съзнание дори при 42 ° C. В същото време бяха отбелязани случаи на съживяване на замръзнали хора, чиято температура на кожата падна под точката на замръзване.
Същността на химическата терморегулация е да промени активността на метаболитните процеси в организма: при висока външна температура тя намалява, а при ниска - се повишава. Проучванията показват, че при намаляване на температурата на околната среда с 1 ° C при гол човек в покой, метаболитната активност се увеличава с 10%. (Въпреки това, анестезията и така наречените антипсихотици изключват по-високите регулаторни механизми на термична стабилност при топлокръвните животни, които ги правят зависими от температурата на околната среда и когато телесната им температура се охлади до 32 ° C, тяхната консумация на кислород намалява до 50 %, при 20°C - до 20%, а при +1°С - до 1% от изходното ниво.)
От особено значение за поддържане на телесната температура е тонусът на скелетните мускули, който се повишава при понижаване на температурата на околната среда и намалява при затопляне. Важно е, че тези процеси протичат толкова по-активно, колкото по-опасно е застрашаващото нарушение на термичната стабилност. По този начин при температура на въздуха 25-28 ° C (и особено в комбинация с висока влажност) мускулите са до голяма степен отпуснати и топлинната енергия, възпроизведена от тях, е незначителна. Напротив, с опасност от хипотермия, треперенето става все по-важно - некоординирани контракции на мускулните влакна, когато външната механична работа почти напълно липсва и почти цялата енергия на свиващите се влакна се прехвърля в Термална енергия(Това явление се нарича термогенеза без треперене). Следователно няма нищо учудващо в това, че по време на треперене топлоотделянето на тялото може да се увеличи повече от три пъти, а при тежка физическа работа - 10 и повече пъти.
Несъмнена роля в химическата терморегулация играят белите дробове, които поради промени в метаболитната активност на висококалоричните мазнини, влизащи в състава им, поддържат относително постоянна температура, поради което при висока външна температура кръвта, изтичаща от белите дробове е по-хладен, а при ниска температура е по-топъл от вдишания въздух.
Физическите и химичните механизми на терморегулацията работят с висока степен на координация поради наличието в централната нервна система на съответния център в диенцефалона (хипоталамуса).Ето защо при високи температури на околната среда, от една страна, се увеличава топлопреминаването. (поради повишаване на температурата на кожата, изпаряване на потта и т.н.), а от друга страна, производството на топлина намалява (поради намаляване на мускулния тонус, преминаването към усвояване на по-малко енергийни продукти от тялото) ; при ниски температури, напротив: производството на топлина се увеличава и преносът на топлина намалява.
По този начин перфектните механизми на човешката терморегулация позволяват поддържане на оптимална жизнеспособност в широк диапазон от външни температури.
терморегулация- Това е процес, който осигурява способността на тялото да поддържа телесната температура на определено ниво, независимо от температурата на околната среда.
Терморегулаторният център може да се възбуди както хуморално (от температурата на протичащата през него кръв), така и рефлекторно (при дразнене на кожните рецептори от топлина или студ). Възбуждането на терморегулаторния център активира всички механизми на терморегулация: интензивността на окислителните процеси, тонуса на скелетната мускулатура, вазомоторните реакции, секрецията на потните жлези, дихателните движения. Интензивността на окислителните процеси може да се промени или чрез автономната нервна система, или чрез промяна на секрецията на тиреоидни хормони и надбъбречната медула. Промени в работата на мускулите, разширяване или стесняване на кръвоносните съдове, секреция на пот, промени в дихателните движения се случват рефлексивно чрез вазомоторните, дихателните и потните центрове.
Cortex
Терморегулаторният център от своя страна е под контрола на мозъчната кора. Ако животното е изложено на прегряване в определена среда и в него възникнат съответните регулаторни реакции, след известно време самата среда (без прегряване) ще предизвика у него същите реакции като прегряването. По този начин тук има условна рефлексна реакция, която се случва с участието на мозъчната кора.
Температурните граници на живота са много широки. Спорите на много бактерии могат да издържат нагряване до 150 °, а някои от тях не губят жизнеспособност при температура, близка до абсолютната нула. От друга страна, някои реснички живеят в горещите извори на остров Иския (Италия) при температура около 85 °. Тук все още има много неща, които не са добре разбрани. Риби, насекоми и дори бозайници могат да бъдат замразени и след това внимателно размразени. Например шаранът беше замразен до 15 градуса под нулата и отново, постепенно изгнивайки, върнат към живот, но замразяването на поне един градус под 15 вече е пагубно за животното. Но също така е известно, че когато сперматозоидите се замразят до температура, близка до минус 200°C и се съхраняват дълго време при тази температура, значителна част от тях запазват нормалната си жизнеспособност и оплождаща сила.
На тази страница материал по темите:
Механизми на топлообмен на тялото в условия на студ и топлина ">
Механизми за пренос на топлина на тялото в условия на студ и топлина: а) преразпределение на кръвта между съдовете на вътрешните органи и съдовете на повърхността на кожата; б) преразпределение на кръвта в съдовете на кожата.
Физическата терморегулация се появява на по-късни етапи от еволюцията. Неговите механизми не засягат процесите на клетъчния метаболизъм. Механизмите на физическата терморегулация се активират рефлекторно и като всеки рефлексен механизъм имат три основни компонента. Първо, това са рецептори, които възприемат промените в температурата в тялото или околната среда. Втората връзка е центърът на терморегулацията. Третата връзка са ефекторите, които променят процесите на пренос на топлина, поддържайки телесната температура на постоянно ниво. В тялото, с изключение на потните жлези, няма собствени ефектори на рефлексния механизъм на физическата терморегулация.
Значение на физическата терморегулация
Физическата терморегулация е регулиране на топлообмена. Неговите механизми осигуряват поддържане на телесната температура на постоянно ниво, както в условия, когато тялото е застрашено от прегряване, така и при охлаждане.
Физическата терморегулация се осъществява чрез промени в отделянето на топлина от тялото. Той придобива особено значение за поддържане на постоянна телесна температура при престой на тялото в условия на повишена околна температура.
Преносът на топлина се осъществява чрез топлинно излъчване (пренос на топлина), конвекция, т.е. движение и смесване на въздух, нагрят от тялото, топлопроводимост, т.е. разсейване на топлина от вещество в контакт с повърхността на тялото. Характерът на преноса на топлина от тялото варира в зависимост от интензивността на метаболизма.
Загубата на топлина се предотвратява от слоя неподвижен въздух, който е между дрехите и кожата, тъй като въздухът е лош проводник на топлина. До голяма степен слоят подкожна мастна тъкан възпрепятства преноса на топлина поради ниската топлопроводимост на мазнините.
Регулиране на температурата
Температурата на кожата и следователно интензивността на топлинното излъчване и топлопроводимостта могат да се променят в студени или горещи условия на околната среда в резултат на преразпределението на кръвта в съдовете и с промени в обема на циркулиращата кръв.
При студ кръвоносните съдове на кожата, главно артериолите, се свиват; повече кръв навлиза в съдовете на коремната кухина и по този начин топлообменът се ограничава. Повърхностните слоеве на кожата, получаващи по-малко топла кръв, излъчват по-малко топлина, така че преносът на топлина намалява. В допълнение, при силно охлаждане на кожата се отварят артериовенозни анастомози, което намалява количеството кръв, навлизащо в капилярите, и по този начин предотвратява преноса на топлина.
Преразпределението на кръвта, което се случва в студа - намаляване на количеството кръв, циркулиращо през повърхностните съдове и увеличаване на количеството кръв, преминаващо през съдовете на вътрешните органи - допринася за запазването на топлината във вътрешните органи, чиято температура се поддържа на постоянно ниво.
Когато температурата на околната среда се повиши, съдовете на кожата се разширяват, количеството кръв, циркулираща в тях, се увеличава. Обемът на циркулиращата кръв в тялото също се увеличава поради прехвърлянето на вода от тъканите към съдовете, а също и поради това, че далакът и другите кръвни депа отделят допълнителна кръв в общото кръвообращение. Увеличаването на количеството кръв, циркулиращо през повърхностните съдове на тялото, насърчава преноса на топлина чрез радиация и конвекция. За поддържане на постоянна телесна температура при високи температури на околната среда е важно и изпотяването, което се дължи на преноса на топлина в процеса на изпаряване на водата.
Телесната температура на хората и висшите животни се поддържа на относително постоянно ниво, въпреки колебанията в температурата на околната среда. Тази постоянна телесна температура се нарича изотерми.
Изотермията е характерна само за т.нар хомойотермичен,или топлокръвни, животни и отсъства в пойкилотермичен,или студенокръвни, животни, чиято телесна температура е променлива и се различава малко от температурата на околната среда.
Изотермията в процеса на онтогенезата се развива постепенно. При новородено бебе способността за поддържане на постоянна телесна температура далеч не е идеална. В резултат на това може да настъпи охлаждане. (хипотермия)или прегряване (хипертермия)тяло при температури на околната среда, които не засягат възрастен. По същия начин, дори малка мускулна работа, като например продължителен плач на дете, може да доведе до повишаване на телесната температура. Тялото на недоносените бебета е още по-малко способно да поддържа постоянна телесна температура, която при тях до голяма степен зависи от температурата на околната среда.
Генерирането на топлина възниква в резултат на непрекъснато протичащи екзотермични реакции. Тези реакции протичат във всички органи и тъкани, но с различна интензивност. В тъканите и органите, които извършват активна работа - в мускулната тъкан, черния дроб, бъбреците - се отделя повече топлина, отколкото в по-малко активните - съединителна тъкан, кости, хрущяли.
Загубата на топлина от органи и тъкани зависи до голяма степен от тяхното местоположение: повърхностно разположените органи, като кожа, скелетни мускули, отделят повече топлина и се охлаждат по-силно от вътрешните органи, които са по-защитени от охлаждане.
Телесната температура на здрав човек е 36,5-36,9 °C. Почивката и сънят са намалени, а мускулната активност повишава телесната температура. Максималната температура се наблюдава в 16-18 часа, минималната - в 3-4 сутринта. За работници, които работят дълги нощни смени, температурните колебания могат да бъдат обърнати.
Постоянството на телесната температура на човек може да се поддържа само ако топлоотделянето и топлинните загуби на целия организъм са еднакви. Това се постига чрез физиологичните механизми на терморегулацията. се проявява в резултат на взаимодействието на процесите на генериране на топлина и пренос на топлина, регулирани от невроендокринни механизми. Терморегулацията обикновено се разделя на химична и физическа.
Химична терморегулацияизвършва се чрез промяна на нивото на генериране на топлина, т.е. засилване или отслабване на интензивността на метаболизма в клетките на тялото и е важно за поддържане на постоянна телесна температура както при нормални условия, така и при промяна на температурата на околната среда.
Най-интензивното генериране на топлина в тялото се случва в мускулите. Дори ако човек лежи неподвижно, но мускулите му са напрегнати, интензивността на окислителните процеси и в същото време генерирането на топлина се увеличават с 10%. Малката физическа активност води до увеличаване на топлоотделянето с 50-80%, а тежката мускулна работа - с 400-500%.
При студени условия генерирането на топлина в мускулите се увеличава, дори ако човекът е неподвижен. Това се дължи на факта, че охлаждането на повърхността на тялото, действайки върху рецепторите, които възприемат студено дразнене, рефлексивно възбужда хаотични неволни мускулни контракции, проявяващи се под формата на треперене (втрисане). В същото време метаболитните процеси на тялото се засилват значително, консумацията на кислород и въглехидрати от мускулната тъкан се увеличава, което води до увеличаване на генерирането на топлина. Дори произволното разклащане увеличава генерирането на топлина с 200%. Ако в тялото се въвеждат мускулни релаксанти - вещества, които нарушават предаването на нервните импулси от нерва към мускула и по този начин елиминират рефлекторните мускулни тремори, дори при повишаване на температурата на околната среда, понижаването на телесната температура настъпва много по-бързо.
При химическата терморегулация значителна ролячерният дроб и бъбреците също играят. Температурата на кръвта на чернодробната вена е по-висока от температурата на кръвта на чернодробната артерия, което показва интензивно генериране на топлина в този орган. Когато тялото се охлажда, производството на топлина в черния дроб се увеличава.
Освобождаването на енергия в тялото възниква поради окислителното разграждане на протеини, мазнини и въглехидрати; следователно всички механизми, които регулират окислителните процеси, регулират и генерирането на топлина.
Физическа терморегулацияизвършва се от промени в отделянето на топлина от тялото. Той придобива особено значение за поддържане на постоянна телесна температура при престой на тялото в условия на повишена околна температура.
Преносът на топлина се осъществява от топлинно излъчване (радиационен топлопренос),или конвекция,тези. движение и движение на нагрят въздух, топлопроводимост,тези. пренос на топлина към вещества в пряк контакт с повърхността на тялото и изпаряване на водатаот повърхността на кожата и белите дробове.
При хората, при нормални условия, загубата на топлина чрез проводимост е малка, тъй като въздухът и дрехите са лоши проводници на топлина. Излъчването, изпарението и конвекцията протичат с различна интензивност в зависимост от температурата на околната среда. При човек в покой при температура на въздуха около 20 ° C и общ топлообмен, равен на 419 kJ (100 kcal) на час, 66% се губят с помощта на радиация, 19% поради изпаряване на водата и 15% от общата загуба на топлина на тялото поради конвекция. Когато температурата на околната среда се повиши до 35 ° C, преносът на топлина чрез радиация и конвекция става невъзможен и телесната температура се поддържа на постоянно ниво единствено чрез изпаряване на вода от повърхността на кожата и алвеолите на белите дробове.
Дрехите намаляват преноса на топлина. Загубата на топлина се предотвратява от слоя неподвижен въздух, който е между дрехите и кожата, тъй като въздухът е лош проводник на топлина. Топлоизолационните свойства на облеклото са толкова по-високи, колкото по-фина е клетъчната структура на неговата структура, която съдържа въздух. Това обяснява добрите топлоизолационни свойства на вълнените и кожени облекла. Температурата на въздуха под дрехите е 30°C. Напротив, голото тяло губи топлина, тъй като въздухът на повърхността му непрекъснато се заменя. Поради това температурата на кожата на голите части на тялото е много по-ниска от тази на облечените.
При студ кръвоносните съдове на кожата, главно артериолите, се стесняват: повече кръв навлиза в съдовете на коремната кухина и по този начин преносът на топлина е ограничен. Повърхностните слоеве на кожата, получаващи по-малко топла кръв, излъчват по-малко топлина - топлообменът намалява. При силно охлаждане на кожата, в допълнение, възниква отваряне на артериовенозни анастомози, което намалява количеството кръв, навлизащо в капилярите, и по този начин предотвратява преноса на топлина.
Преразпределението на кръвта, което се случва в студа - намаляване на количеството кръв, циркулиращо през повърхностните съдове, и увеличаване на количеството кръв, преминаващо през съдовете на вътрешните органи - допринася за запазването на топлината във вътрешните органи. .
Когато температурата на околната среда се повиши, съдовете на кожата се разширяват, количеството кръв, циркулираща в тях, се увеличава. Обемът на циркулиращата кръв в тялото също се увеличава поради прехвърлянето на вода от тъканите към съдовете, а също и поради това, че далакът и другите кръвни депа отделят допълнителна кръв в общото кръвообращение. Увеличаването на количеството кръв, циркулиращо през повърхностните съдове на тялото, насърчава преноса на топлина чрез радиация и конвекция.
За поддържане на постоянна температура на човешкото тяло при висока околна температура от първостепенно значение е изпаряването на потта от повърхността на кожата, което зависи от относителната влажност на въздуха. Във въздух, наситен с водни пари, водата не може да се изпари. Следователно при висока влажност на атмосферния въздух високата температура се понася по-трудно, отколкото при ниска влажност. Във въздуха, наситен с водна пара (например във вана), се отделя пот в големи количества, но не се изпарява и се оттича от кожата. Такова изпотяване не допринася за отделянето на топлина: само тази част от потта, която се изпарява от повърхността на кожата, е важна за преноса на топлина (тази част от потта се нарича ефективно изпотяване).
Облекло, непроницаемо за въздух (гума и др.), Което предотвратява изпаряването на потта, се понася лошо: въздушният слой между дрехите и тялото бързо се насища с пара и по-нататъшното изпаряване на потта спира.
Човек не понася относително ниска околна температура (32 ° C) във влажен въздух. При напълно сух въздух човек може да остане без забележимо прегряване 2-3 часа при температура 50-55 ° C.
Тъй като част от водата се изпарява от белите дробове под формата на пари, които насищат издишания въздух, дишането също участва в поддържането на телесната температура на постоянно ниво. При висока температура на околната среда дихателният център се възбужда рефлекторно, при ниска температура се потиска, дишането става по-малко дълбоко.
По този начин постоянството на телесната температура се поддържа чрез съвместното действие, от една страна, на механизмите, които регулират интензивността на метаболизма и зависещото от него генериране на топлина (химична регулация на топлината), и от друга страна, механизми, които регулират преноса на топлина (физическо регулиране на топлината) (фиг. 9.10) .
Ориз. 9.10.
Изотермично регулиране.Регулаторните реакции, които поддържат постоянна телесна температура, са сложни рефлексни действия, които възникват в отговор на термично дразнене на кожните рецептори, кожата и подкожните съдове, както и на самата централна нервна система. Тези рецептори, които възприемат студ и топлина, се наричат терморецептори. При относително постоянна температура на околната среда от рецепторите на централната нервна система постъпват ритмични импулси, отразяващи тяхната тонична активност. Честотата на тези импулси е максимална за студовите рецептори на кожата и кожните съдове при температура 20-30 °C, а за кожните топлинни рецептори - при температура 38-43 °C. При рязко охлаждане на кожата честотата на импулсите в студените рецептори се увеличава, а при бързо затопляне намалява или спира. Термичните рецептори реагират на същите температурни спадове по обратния начин. Термичните и студовите рецептори на ЦНС реагират на промените в температурата на кръвта, която тече към нервните центрове (централни терморецептори). Основната част от топлината се произвежда от скелетните мускули и вътрешните органи, които образуват ядрото, а кожата създава обвивка, насочена към задържане или отстраняване на топлина от тялото (фиг. 9.11).
Ориз. 9.11.
Хипоталамусът съдържа осн центрове за терморегулация,които координират множество и сложни процеси, които осигуряват поддържането на телесната температура на постоянно ниво. Това се доказва от факта, че разрушаването на хипоталамуса води до загуба на способността за регулиране на телесната температура и прави животното пойкилотермично, докато отстраняването на мозъчната кора, стриатума и таламуса не засяга забележимо процесите на генериране на топлина и топлина трансфер.
В осъществяването на хипоталамусната регулация на телесната температура участват жлезите с вътрешна секреция, главно щитовидната и надбъбречните жлези.
Участието на щитовидната жлеза в терморегулацията се доказва от факта, че въвеждането в кръвта на животно на кръвния серум на друго животно, което е било на студено дълго време, предизвиква повишаване на метаболизма при първото. Този ефект се наблюдава само при запазена щитовидна жлеза при второто животно. Очевидно по време на престой в условия на охлаждане има повишено освобождаване в кръвта на хормона на щитовидната жлеза, което повишава метаболизма и следователно образуването на топлина.
Участието на надбъбречните жлези в терморегулацията се дължи на освобождаването на адреналин в кръвта, който чрез засилване на окислителните процеси в тъканите, по-специално в мускулите, увеличава генерирането на топлина и свива кожните съдове, намалявайки топлообмена. Следователно адреналинът може да предизвика повишаване на телесната температура ( адреналинова хипертермия).
Хипотермия и хипертермия.Ако човек е в условия на значително повишена или понижена температура на околната среда за дълго време, тогава механизмите на физическа и химична терморегулация на топлината, поради които телесната температура остава постоянна при нормални условия, може да са недостатъчни: хипотермия на тялото настъпва или прегряване – хипертермия.
Хипотермия -състояние, при което телесната температура пада под 35°C. Хипотермията настъпва най-бързо при потапяне в студена вода. В този случай първо се наблюдава възбуждане на симпатиковата нервна система, рефлексивно се ограничава преносът на топлина и се засилва производството на топлина. Последното се улеснява от мускулна контракция - мускулни тремори. След известно време телесната температура все още започва да намалява. В този случай се наблюдава състояние, подобно на анестезия: изчезване на чувствителността, отслабване на рефлексните реакции и намаляване на възбудимостта на нервните центрове. Интензивността на метаболизма рязко намалява, дишането се забавя, сърдечните контракции се забавят, сърдечният дебит намалява, кръвното налягане намалява (при телесна температура 24-25 ° C може да бъде 15-20% от оригинала).
AT последните годиниизкуствено създадената хипотермия с охлаждане на тялото до 24-28 ° C се използва в хирургични клиники, които извършват операции на сърцето и централната нервна система. Значението на това събитие е, че хипотермията значително намалява метаболизма на мозъка и следователно нуждата от кислород в този орган. В резултат на това става възможно по-продължително кървене на мозъка (вместо 3-5 минути при нормална температура до 15-20 минути при 25-28 ° C), което означава, че по време на хипотермия пациентите по-лесно понасят временното спиране на сърдечната дейност и спиране на дишането.
Криотерапията се прилага и при някои други заболявания.
Хипертермия -състояние, при което телесната температура се повишава над 37 ° C. Появява се при продължително излагане на високи температури на околната среда, особено когато въздухът е влажен и следователно има малко ефективно изпотяване. Хипертермията може да възникне и под въздействието на някои ендогенни фактори, които повишават топлоотделянето в организма (тироксин, мастни киселини и др.). Острата хипертермия, при която телесната температура достига 40-41 ° C, е придружена от тежко общо състояние на тялото и се нарича топлинен удар.
Такава промяна в температурата трябва да се разграничава от хипертермия, когато външните условия не се променят, но действителният процес на терморегулация е нарушен. Пример за такова заболяване е инфекциозната треска. Една от причините за възникването му е високата чувствителност на хипоталамусните центрове за регулиране на топлообмена към определени химични съединения, по-специално към бактериални токсини.
По този начин балансът на факторите, отговорни за производството на топлина и преноса на топлина, е основният механизъм на терморегулацията.
Въпроси и задачи
- 1. Каква е ролята на протеините в организма? Каква е същността на регулацията на протеиновия метаболизъм?
- 2. Каква е ролята на въглехидратите в организма? Каква е същността на регулацията на въглехидратния метаболизъм?
- 3. Каква е ролята на мазнините в организма? Каква е същността на регулирането на метаболизма на мазнините?
- 4. Какво е значението на витамините в живота на човека?
- 5. Стойността на физическата и химичната терморегулация в организма. Обяснете отговора.
- 6. През последните години изкуствено създадената хипотермия с охлаждане на тялото до 24-28 ° C се използва на практика в хирургични клиники, които извършват операции на сърцето и централната нервна система. Какъв е смисълът на това събитие?