Regulacija temperature se sastoji u koordinaciji procesa proizvodnje toplote (hemijska termoregulacija) i prenosa toplote (fizička termoregulacija).
Procesi proizvodnje toplote. U svim organima, kao rezultat metaboličkih procesa, dolazi do proizvodnje topline. Dakle, krv koja teče iz organa u pravilu ima višu temperaturu od one koja teče. Ali uloga različitih organa u proizvodnji topline je različita. U mirovanju na jetru otpada oko 20% ukupne proizvodnje toplote, na ostale unutrašnje organe - 56%, na - 20%, tokom fizičke aktivnosti na skeletne mišiće - do 90%, na unutrašnje organe - samo 8%.
Dakle, snažan rezervni izvor proizvodnje toplote su mišići tokom njihove kontrakcije. Promjena aktivnosti njihovog metabolizma tokom lokomocije glavni je mehanizam proizvodnje topline. Među različitim lokomocijama, može se razlikovati nekoliko faza učešća mišića u proizvodnji topline.
1. Termoregulacijski ton. U ovom slučaju, mišići se ne kontrahiraju. Samo im se povećava tonus i metabolizam. Ovaj ton se obično javlja u mišićima vrata, trupa i udova. Kao rezultat toga, proizvodnja topline se povećava za 50-100%.
2. Drhtanje se javlja nesvjesno i sastoji se u periodičnoj aktivnosti motoričkih jedinica visokog praga na pozadini termoregulatornog tonusa. Za vrijeme drhtanja sva energija je usmjerena samo na povećanje proizvodnje topline, dok se pri običnom kretanju dio energije troši na pomicanje odgovarajućeg ekstremiteta, a dio na termogenezu. Uz drhtanje, proizvodnja topline se povećava za 2-3 puta. Drhtanje često počinje od mišića vrata, lica. To je zbog činjenice da bi, prije svega, trebala porasti temperatura krvi koja teče u mozak.
3. Proizvoljne kontrakcije se sastoje u svjesnom povećanju mišićne kontrakcije. To se opaža u uslovima niske vanjske temperature, kada prve dvije faze nisu dovoljne. Uz proizvoljne kontrakcije, proizvodnja topline može se povećati za 10-20 puta.
Regulacija proizvodnje toplote u mišićima je zbog uticaja a-motoneurona na funkciju i metabolizam/mišiće, u drugim tkivima - simpatikus nervni sistem i kateholamini (povećavaju intenzitet metabolizma za 50%) i djelovanje hormona, posebno tiroksina, koji gotovo udvostručuje proizvodnju topline.
Značajnu ulogu u termogenezi imaju lipidi, koji tokom hidrolize oslobađaju mnogo više energije (9,3 kcal/g) nego ugljikohidrati (4,1 kcal/g). Od posebnog značaja, posebno kod dece, je smeđa mast.
Procesi prijenosa topline javlja se na sljedeće načine - zračenje, konvekcija, isparavanje i provođenje topline.
Zračenje nastaje uz pomoć infracrvenog dugotalasnog zračenja. To zahtijeva temperaturni gradijent između tople kože i hladnih zidova i drugih predmeta. okruženje. Dakle, količina zračenja ovisi o temperaturi i površini kože.
Toplotna provodljivost se vrši direktnim kontaktom tijela sa predmetima (stolica, krevet, itd.). U ovom slučaju, brzina prijenosa topline sa više zagrijanog tijela na manje zagrijani predmet određena je temperaturnim gradijentom i njihovom toplinskom provodljivošću. Prijenos topline na ovaj način se značajno povećava (14 puta) kada je osoba u vodi. Djelomično kondukcijom, toplina se prenosi sa unutrašnjih organa na površinu tijela. Ali ovaj proces je inhibiran zbog niske toplotne provodljivosti masti.
konvekcijski put. Vazduh u kontaktu sa površinom tela, u prisustvu temperaturnog gradijenta, se zagreva. Istovremeno, postaje lakši i, izdižući se iz tijela, stvara prostor za nove porcije zraka. Tako oduzima dio topline. Intenzitet prirodne konvekcije može se povećati dodatnim kretanjem zraka, smanjujući prepreke pri ulasku u tijelo (odgovarajuća odjeća).
Isparavanje znoja. Na sobnoj temperaturi kod neobučene osobe oko 20% toplote se odaje isparavanjem.
Toplotna provodljivost, konvekcija i zračenje su pasivni putevi prenosa toplote zasnovani na zakonima fizike. Djelotvorne su samo ako se održava pozitivan temperaturni gradijent. Što je manja temperaturna razlika između tijela i okoline, to se manje topline odaje. Uz iste pokazatelje ili na visokoj temperaturi okoline, navedeni načini ne samo da su nedjelotvorni, već se tijelo zagrijava. U ovim uslovima u telu se pokreće samo jedan mehanizam prenosa toplote, povezan sa procesima znojenja i znojenja. Ovdje se koriste i fizički zakoni (troškovi energije za proces isparavanja) i biološki (znojenje). Hlađenje kože je olakšano činjenicom da se za isparavanje 1 ml znoja potroši 0,58 kcal. Ako se ne desi
isparavanjem znoja, efikasnost prijenosa topline je naglo smanjena. M
Brzina isparavanja Shotua ovisi o temperaturnom gradijentu i zasićenosti okolnog zraka vodenom parom. Što je veća vlažnost, ovaj put prenosa toplote postaje manje efikasan. Efikasnost prijenosa topline naglo opada kada ste u vodi ili u uskoj odjeći. U ovom slučaju, tijelo je prisiljeno nadoknaditi nedostatak znojenja povećanjem znojenja.
Isparavanje ima dva mehanizma: a) znojenje - bez učešća znojnih žlezda b) isparavanje - uz aktivno učešće znojnih žlezda.
Znoj- isparavanje vode sa površine pluća, sluzokože, kože koja je uvijek vlažna. Ovo isparavanje nije regulisano, zavisi od gradijenta temperature i vlažnosti okolnog vazduha, njegova vrednost je oko 600 ml/dan. Što je veća vlažnost, to je ovaj način prenosa toplote manje efikasan.
Mehanizam lučenja znoja. Znojna žlijezda se sastoji od dva dijela: stvarne žlijezde, koja se nalazi u subdermalnom sloju, i izvodnih kanala koji se otvaraju na površini kože. U žlijezdi se formira primarna tajna, a u kanalima se zbog reapsorpcije formira sekundarna tajna - znoj.
Primarna tajna slična krvnoj plazmi. Razlika je u tome što u ovoj tajni nema proteina i glukoze, manje je Na+. Dakle, u početnom znoju koncentracija natrijuma je oko 144 nmol / l, klora - 104 nmol / l. Ovi ioni se aktivno apsorbiraju tokom prolaska znoja kroz izvodne kanale, što osigurava apsorpciju vode. Proces apsorpcije u velikoj mjeri ovisi o brzini stvaranja i promicanja znoja da su ti procesi aktivni, što više Na+ i Cl-preostaje. Kod jakog znojenja, do polovine koncentracije ovih jona može ostati u znoju. Jako znojenje je praćeno povećanjem koncentracije uree (do 4 puta više nego u plazmi) i kalija (do 1,2 puta više nego u plazmi). Ukupna visoka koncentracija jona, formirajući visok nivo osmotskog pritiska, obezbeđuje smanjenje reapsorpcije i oslobađanje velike količine vode sa znojem.
Kod jakog znojenja može se potrošiti dosta NaCl (do 15-30 g/dan). Međutim, u tijelu postoje mehanizmi koji osiguravaju očuvanje ovih važnih jona tokom jakog znojenja. Oni su uključeni u procese adaptacije, posebno aldosteron pojačava reapsorpciju Na+.
Funkcije znojnih žlijezda reguliraju se posebnim mehanizmima. Na njihovu aktivnost utiče simpatički nervni sistem, ali posrednik je acetilholin. Sekretorne ćelije, pored M-holinergičkih receptora, imaju i adrenoreceptore koji reaguju na kateholamine u krvi. Aktiviranje funkcije znojnih žlijezda praćeno je povećanjem njihove opskrbe krvlju.
Količina oslobođenog znoja može doseći 1,5 l / h, a kod prilagođenih ljudi - do 3 l / h.
Na sobnoj temperaturi kod gole osobe, oko 60% toplote se odaje radijacijom, oko 12-15% - konvekcijom vazduha, oko 20% - isparavanjem, 2-5% - toplotnom provodljivošću. Ali ovaj omjer ovisi o brojnim uvjetima, posebno o temperaturi okoline.
Glavnu ulogu u regulaciji procesa prijenosa topline imaju promjene u dotoku krvi u kožu. Sužavanje žila kože, otvaranje arteriovenskih anastomoza doprinosi manjem dotoku topline iz jezgre u ljusku i njenom očuvanju u tijelu. Naprotiv, sa širenjem krvnih sudova kože, njena temperatura može porasti za 7-8 ° C. Istovremeno se povećava i prenos toplote.
Uobičajeno, koža se može nazvati radijatorskim sistemom tijela. Protok krvi u koži može varirati od 0 do 30% IOC. Tonus krvnih žila kože kontroliše simpatički nervni sistem.
Dakle, tjelesna temperatura je ravnoteža između procesa proizvodnje topline i prijenosa topline. Kada proizvodnja topline prevlada nad gubitkom topline, tjelesna temperatura raste i, obrnuto, ako je gubitak topline veći od proizvodnje topline, tjelesna temperatura opada.
TERMOREGULACIJA I ZDRAVLJE
Područje ljudskog stanovanja proteže se od polarnih zona, gdje temperatura zraka ponekad doseže -86°C, do ekvatorijalnih savana i pustinja, u čijim se najtoplijim dijelovima približava +50°C u hladu! Ipak, u tako širokom rasponu temperatura, osoba zadržava aktivnu vitalnost i dovoljne performanse zbog svoje termičke stabilnosti, kada temperatura tijela varira u relativno uskim granicama - od 36 do 37 ° C.
homeotermija - konstantnost tjelesne temperature - čini osobu neovisnom o temperaturnim uvjetima boravka, budući da se biokemijske reakcije koje osiguravaju njegov život nastavljaju odvijati na optimalnom nivou zbog očuvanja adekvatne aktivnosti enzima tkiva i vitamina koji ih obezbjeđuju, kataliziranje i aktiviranje određenih aspekata metabolizma, tkivnih hormona, neurotransmitera i drugih tvari od kojih ovisi normalno funkcioniranje organizma. Pomicanje temperature u jednom ili drugom smjeru oštro mijenja aktivnost ovih supstanci, i to u različitoj mjeri za svaku od njih - kao rezultat toga, dolazi do disocijacije u aktivnosti toka pojedinih aspekata metabolizma. Kod poikilotermnih, hladnokrvnih životinja, čija je tjelesna temperatura određena temperaturom okoline (povećava se ili snižava zajedno s potonjom), aktivnost njihovih enzima tkiva kao bioloških katalizatora mijenja se zajedno s promjenama vanjskih termičkih uvjeta. Zato, kada temperatura padne, stepen ispoljavanja njihove vitalne aktivnosti opada do potpunog prestanka - tzv. suspendovane animacije, a pri veoma visokoj temperaturi dolazi ili do smrti ili sušenja, što kod nekih od poikilotermi. je također vrsta suspendirane animacije. Dakle, s promjenom vanjske temperature, vitalna aktivnost nekih insekata (skakavaca) može se obnoviti i nakon smrzavanja na temperaturu tekućeg dušika (–189 ° C) i nakon sušenja. Opisan je slučaj oživljavanja, doduše kratkoročnog, divovskog trita zamrznutog u glečeru, prema riječima stručnjaka, prije najmanje 5000 godina.
Dakle, sposobnost održavanja stalne tjelesne temperature u različitim uvjetima postojanja čini toplokrvnih životinja neovisnim o okolnostima prirode i sposobnim održati visoku razinu održivosti. Ova sposobnost je posljedica složenog sistema termoregulacije, koji osigurava smanjenje proizvodnje topline i njen aktivni povratak u slučaju opasnosti od pregrijavanja i aktiviranja termogeneze sa ograničenim prijenosom topline - u slučaju opasnosti od hipotermije.
Statistike pokazuju da je u Rusiji više od 40% svih slučajeva privremene invalidnosti uzrokovano prehladom, što laiku daje razlog da sistem termoregulacije smatra nesavršenim. Međutim, postoje mnoge činjenice koje ukazuju na visoku prirodnu otpornost osobe na djelovanje niskih temperatura. Dakle, jogiji se na temperaturama ispod -20°C takmiče u brzini sušenja mokrih posteljina sa toplinom svojih tijela, sjedeći goli na ledu zaleđenog jezera. Plivanje specijalno obučenih plivača preko Beringovog moreuza od Aljaske do Čukotke (više od 40 km) na temperaturi vode od +4°C - +6°C postalo je tradicionalno. Jakuti trljaju novorođenčad snijegom, a Ostyaci i Tungusi ih uranjaju u snijeg, polivaju hladnom vodom i onda ih umotavaju u jelenje kože... U ovom slučaju, po svemu sudeći, prije treba govoriti o izopačenosti savršenih mehanizama ljudska termoregulacija daleko od uslova koji su ih formirali u evolutivnom životu moderne osobe nego o nesavršenosti samih mehanizama.
Dok većina vitalnih funkcija - cirkulacija, disanje, probava itd. - ima neki specifičan strukturni i funkcionalni aparat, termoregulacija nema takav organ i funkcija je cijelog organizma u cjelini.
Prema shemi koju je predložio I.P. Pavlov, toplokrvni organizam može se predstaviti kao relativno termostabilno "jezgro" i "ljuska" sa širokim temperaturnim rasponom. Jezgro, čija se temperatura kreće od 36,8-37,5°C, uključuje uglavnom vitalne unutrašnje organe: srce, jetru, želudac, crijeva itd. Posebno se ističe uloga jetre, koja ima relativno visoku temperaturu - iznad 37,5°C, i debelog crijeva, čija mikroflora u toku svoje životne aktivnosti proizvodi mnogo topline koja održava temperaturu susedna tkiva. Termolabilna ljuska se sastoji od udova, kože i potkožnog tkiva, mišića itd. Temperatura različitih dijelova ljuske uvelike varira. Tako je temperatura nožnih prstiju oko 24°C, skočnog zgloba 30-31°C, vrha nosa 25°C, pazuha, rektuma 36,5-36,9°C itd. Međutim, temperatura ljuske je vrlo pokretna, što je određeno uvjetima vitalne aktivnosti i stanjem tijela, pa stoga njena debljina može varirati od vrlo tanke u toplini do vrlo moćne, sabijajući jezgro - na hladnoći. Takvi odnosi između jezgra i ljuske su zbog činjenice da prvi pretežno proizvodi toplinu (u mirovanju), dok drugi mora osigurati očuvanje te topline. Ovo objašnjava činjenicu da kod prekaljenih osoba ljuska na hladnoći brzo i pouzdano obavija jezgro, održavajući optimalne uslove za održavanje aktivnosti vitalnih organa i sistema, dok kod neočvrsnutih osoba ljuska ostaje tanka čak i u ovim uslovima, stvara opasnost od hipotermije jezgre (na primjer, sa smanjenjem temperature pluća za samo 0,5°C postoji opasnost od upale pluća).
Termičku stabilnost tijela obezbjeđuju uglavnom dva komplementarna mehanizma regulacije – fizički i hemijski. Fizička termoregulacija Uglavnom se aktivira kada postoji opasnost od pregrijavanja i sastoji se u prijenosu topline u okolinu. To uključuje sve moguće mehanizme prijenosa topline: toplinsko zračenje, prijenos topline, konvekciju i isparavanje. Toplotno zračenje se vrši zbog infracrvenih zraka koje emituju iz kože koja ima visoku temperaturu. Provođenje toplote se ostvaruje zbog temperaturne razlike između kože i okolnog vazduha. Povećanje ove razlike nastaje zbog hiperemije - proširenja kožnih sudova i priliva više tople krvi iz unutrašnjih organa, zbog čega boja kože postaje ružičasta na vrućini. Istovremeno, efikasnost prijenosa topline određena je toplinskom provodljivošću i toplinskim kapacitetom vanjskog okruženja: na primjer, ovi pokazatelji pri odgovarajućim temperaturama za vodu su 20-27 puta veći nego za zrak. Iz ovoga postaje jasno zašto je termoudobna temperatura zraka za osobu oko 18 ° C, a vode - 34 ° C. Prenos toplote usled isparavanja znoja je veoma efikasan, jer kada 1 ml znoja ispari sa površine tela, telo gubi 0,56 kcal toplote. Ako uzmemo u obzir da odrasla osoba proizvodi oko 800 ml znoja čak iu uvjetima niske fizičke aktivnosti, onda postaje jasna učinkovitost ove metode.
U različitim uslovima života, omjer gubitka topline na ovaj ili onaj način značajno se mijenja. Dakle, u mirovanju i pri optimalnoj temperaturi zraka tijelo gubi 31% proizvedene topline kondukcijom, 44% zračenjem, 22% isparavanjem (uključujući i vlagu iz respiratornog trakta) i 3% konvekcijom. S jakim vjetrom uloga konvekcije se povećava, s povećanjem vlažnosti zraka - provodljivost, a s povećanim radom - isparavanje (na primjer, uz intenzivnu fizičku aktivnost, isparavanje znoja ponekad doseže 3-4 litre na sat!).
Efikasnost prenosa toplote tela je izuzetno visoka. Biofizički proračuni pokazuju da bi kršenje ovih mehanizama, čak i kod osobe u stanju mirovanja, dovelo do povećanja njene tjelesne temperature u roku od sat vremena do 37,5°C, a nakon 6 sati - do 46-48°C, kada se počinje nepovratno uništavanje proteinskih struktura.
Hemijska termoregulacija je od posebnog značaja kada postoji opasnost od hipotermije. Gubitak vunenog pokrivača od strane čovjeka u odnosu na životinje učinio ga je posebno osjetljivim na djelovanje niskih temperatura, o čemu svjedoči i činjenica da čovjek ima skoro 30 puta više receptora za hladnoću nego receptore za toplinu. Istovremeno, poboljšanje mehanizama adaptacije na hladnoću dovelo je do toga da osoba mnogo lakše podnosi smanjenje tjelesne temperature nego njeno povećanje. Tako dojenčad lako podnose smanjenje tjelesne temperature za 3-5 °C, ali teško podnose povećanje od 1-2 °C. Odrasla osoba bez ikakvih posljedica podnosi hipotermiju do 33–34 °C, ali gubi svijest kada se pregrije od vanjskih izvora do 38,6 °C, iako s temperaturom od infekcije može zadržati svijest i na 42 °C. Istovremeno, zabilježeni su slučajevi oživljavanja smrznutih ljudi, čija je temperatura kože pala ispod tačke smrzavanja.
Suština hemijske termoregulacije je da promeni aktivnost metaboličkih procesa u telu: pri visokoj spoljnoj temperaturi ona se smanjuje, a pri niskoj se povećava. Istraživanja pokazuju da se sa smanjenjem temperature okoline za 1 °C kod gole osobe u mirovanju, metabolička aktivnost povećava za 10%. (Međutim, anestezija i tzv. antipsihotici isključuju više regulatorne mehanizme termičke stabilnosti kod toplokrvnih životinja čini ih ovisnima o temperaturi okoline, a kada im se temperatura tijela ohladi na 32°C, potrošnja kisika im se smanjuje na 50°C. %, na 20°C - do 20%, a kada +1°S – do 1% od početnog nivoa.)
Od posebne važnosti za održavanje tjelesne temperature je tonus skeletnih mišića koji se povećava sa smanjenjem temperature okoline, a smanjuje zagrijavanjem. Značajno je da se ovi procesi odvijaju što aktivnije, što je opasnije prijeteće narušavanje termičke stabilnosti. Dakle, pri temperaturi zraka od 25-28°C (a posebno u kombinaciji s visokom vlažnošću) mišići su u velikoj mjeri opušteni, a toplinska energija koju oni proizvode je zanemarljiva. Naprotiv, uz opasnost od hipotermije, drhtanje postaje sve važnije – nekoordinirane kontrakcije mišićnih vlakana, kada vanjski mehanički rad gotovo u potpunosti izostaje, a gotovo sva energija kontrakcijskih vlakana se prenosi u toplotnu energiju(Ovaj fenomen se naziva termogeneza bez drhtanja). Nema, dakle, ničeg iznenađujućeg u činjenici da se tokom drhtanja telesna proizvodnja toplote može povećati za više od tri puta, a tokom napornog fizičkog rada - 10 i više puta.
Pluća takođe igraju nesumnjivu ulogu u hemijskoj termoregulaciji, koja zbog promena u metaboličkoj aktivnosti visokokaloričnih masti koje su u njihovoj strukturi održavaju relativno konstantnu temperaturu, zbog čega pri visokoj spoljašnjoj temperaturi krv koja teče iz pluća su hladnija, a na niskoj temperaturi toplija od udahnutog vazduha.
Fizički i hemijski mehanizmi termoregulacije rade sa visokim stepenom koordinacije zbog prisustva u centralnom nervnom sistemu odgovarajućeg centra u diencefalonu (hipotalamusu).Zato se pri visokim temperaturama okoline, s jedne strane, povećava prenos toplote (zbog povećanja temperature kože, isparavanja znoja, itd.), a s druge strane, smanjuje se proizvodnja topline (zbog smanjenja mišićnog tonusa, prelaska na apsorpciju proizvoda koji sadrže manje energije u tijelu) ; na niskim temperaturama, naprotiv: proizvodnja toplote se povećava, a prenos toplote se smanjuje.
Dakle, savršeni mehanizmi ljudske termoregulacije omogućavaju održavanje optimalne održivosti u širokom rasponu vanjskih temperatura.
termoregulacija- Ovo je proces kojim se osigurava sposobnost tijela da održava tjelesnu temperaturu na određenom nivou, bez obzira na temperaturu okoline.
Termoregulacijski centar može biti uzbuđen humoralno (temperaturom krvi koja teče kroz njega) i refleksno (kada su kožni receptori iritirani toplotom ili hladnoćom). Ekscitacija termoregulacionog centra aktivira sve mehanizme regulacije toplote: intenzitet oksidativnih procesa, tonus skeletnih mišića, vazomotorne reakcije, lučenje znojnih žlezda, respiratorne pokrete. Intenzitet oksidativnih procesa može se mijenjati ili kroz autonomni nervni sistem, ili promjenom lučenja hormona štitnjače i medule nadbubrežne žlijezde. Promjene u radu mišića, širenje ili sužavanje krvnih žila, izlučivanje znoja, promjene u respiratornim pokretima nastaju refleksno kroz vazomotorni, respiratorni i znojni centar.
Cortex
Termoregulacijski centar je, pak, pod kontrolom moždane kore. Ako je životinja u određenoj sredini izložena pregrijavanju i u njoj se javljaju odgovarajuće regulatorne reakcije, onda će nakon nekog vremena sama okolina (bez pregrijavanja) u njoj izazvati iste reakcije kao i pregrijavanje. Dakle, ovdje postoji uvjetovana refleksna reakcija koja se javlja uz sudjelovanje moždane kore.
Temperaturne granice života su veoma široke. Spore mnogih bakterija mogu izdržati zagrijavanje do 150 °, a neke od njih ne gube održivost na temperaturi blizu apsolutne nule. S druge strane, neki cilijati žive u toplim izvorima ostrva Ischia (Italija) na temperaturi od oko 85 °. Ima tu još mnogo toga što nije dobro shvaćeno. Ribe, insekti, pa čak i sisari mogu se zamrznuti, a zatim lagano odmrznuti. Na primjer, šarani su zamrznuti na 15 stepeni ispod nule i ponovo, postepeno truleći, vraćeni u život, ali smrzavanje na najmanje jedan stepen ispod 15 je već pogubno za životinju. Međutim, poznato je i da kada se spermatozoidi zamrznu na temperaturu blizu minus 200°C i dugo čuvaju na ovoj temperaturi, značajan dio njih zadržava svoju normalnu vitalnost i moć oplodnje.
Na ovoj stranici materijal o temama:
Mehanizmi prenosa toplote tela u uslovima hladnoće i toplote
Mehanizmi prenosa toplote tela u uslovima hladnoće i toplote: a) preraspodela krvi između sudova unutrašnjih organa i sudova površine kože; b) preraspodjela krvi u sudovima kože.
Fizička termoregulacija se pojavila u kasnijim fazama evolucije. Njegovi mehanizmi ne utiču na procese ćelijskog metabolizma. Mehanizmi fizičke termoregulacije aktiviraju se refleksno i, kao i svaki refleksni mehanizam, imaju tri glavne komponente. Prvo, to su receptori koji percipiraju promjene temperature unutar tijela ili okoline. Druga karika je centar termoregulacije. Treća karika su efektori koji mijenjaju procese prijenosa topline, održavajući tjelesnu temperaturu na konstantnom nivou. U tijelu, osim žlijezde znojnice, ne postoje vlastiti efektori refleksnog mehanizma fizičke termoregulacije.
Značaj fizičke termoregulacije
Fizička termoregulacija je regulacija prijenosa topline. Njegovi mehanizmi osiguravaju održavanje tjelesne temperature na konstantnom nivou, kako u uvjetima kada tijelu prijeti pregrijavanje, tako i tokom hlađenja.
Fizička termoregulacija se provodi promjenama u oslobađanju topline od strane tijela. Poseban značaj dobija u održavanju konstantne telesne temperature tokom boravka tela u uslovima povišene temperature okoline.
Prenos toplote se vrši zračenjem toplote (prenos toplote zračenja), konvekcijom, odnosno kretanjem i mešanjem vazduha zagrejanog telom, vođenjem toplote, tj. rasipanje topline tvari u dodiru s površinom tijela. Priroda prijenosa topline kroz tijelo varira u zavisnosti od intenziteta metabolizma.
Gubitak toplote se sprečava slojem mirnog vazduha koji se nalazi između odeće i kože, jer je vazduh loš provodnik toplote. Sloj potkožnog masnog tkiva u velikoj mjeri sprječava prijenos topline zbog niske toplinske provodljivosti masti.
Regulacija temperature
Temperatura kože, a samim tim i intenzitet toplotnog zračenja i provodljivosti toplote, mogu se menjati u hladnim ili vrućim uslovima okoline kao rezultat preraspodele krvi u sudovima i promenama u zapremini cirkulišuće krvi.
Na hladnoći se krvni sudovi kože, uglavnom arteriole, sužavaju; više krvi ulazi u sudove trbušne šupljine i time je ograničen prijenos topline. Površinski slojevi kože, koji primaju manje tople krvi, zrače manje topline, pa se prijenos topline smanjuje. Osim toga, snažnim hlađenjem kože otvaraju se arteriovenske anastomoze, što smanjuje količinu krvi koja ulazi u kapilare, a samim tim i sprječava prijenos topline.
Preraspodjela krvi koja se javlja na hladnoći - smanjenje količine krvi koja cirkulira kroz površinske žile i povećanje količine krvi koja prolazi kroz žile unutarnjih organa - doprinosi očuvanju topline u unutarnjim organima, čija se temperatura održava na konstantnom nivou.
Kada temperatura okoline raste, žile kože se šire, povećava se količina krvi koja cirkulira u njima. Volumen cirkulirajuće krvi u cijelom tijelu također se povećava zbog prijenosa vode iz tkiva u krvne žile, a i zbog toga što slezena i drugi depoi krvi oslobađaju dodatnu krv u opću cirkulaciju. Povećanje količine krvi koja cirkulira kroz površinske žile tijela potiče prijenos topline putem zračenja i konvekcije. Za održavanje stalne tjelesne temperature na visokim temperaturama okoline važno je i znojenje, koje nastaje zbog prijenosa topline u procesu isparavanja vode.
Tjelesna temperatura ljudi i viših životinja održava se na relativno konstantnom nivou, uprkos fluktuacijama temperature okoline. Ova konstantna tjelesna temperatura se zove izoterme.
Izoterma je karakteristična samo za tzv homoiotermni, ili toplokrvne, životinje i odsutne u poikilotermni, ili hladnokrvne, životinje čija je tjelesna temperatura varijabilna i malo se razlikuje od temperature okoline.
Izotermija se u procesu ontogeneze razvija postepeno. Kod novorođenčeta, sposobnost održavanja konstantne tjelesne temperature daleko je od savršene. Kao rezultat, može doći do hlađenja. (hipotermija) ili pregrijavanje (hipertermija) tijela na temperaturi okoline koja ne utiče na odraslu osobu. Isto tako, čak i mala količina mišićnog rada, kao što je produženi plač djeteta, može dovesti do povećanja tjelesne temperature. Tijelo prijevremeno rođenih beba još je manje sposobno da održava stalnu tjelesnu temperaturu, koja kod njih u velikoj mjeri ovisi o temperaturi okoline.
Generiranje topline nastaje kao rezultat egzotermnih reakcija koje se kontinuirano odvijaju. Ove reakcije se javljaju u svim organima i tkivima, ali različitog intenziteta. U tkivima i organima koji obavljaju aktivan rad - u mišićnom tkivu, jetri, bubrezima - oslobađa se više toplote nego u manje aktivnim - vezivnom tkivu, kostima, hrskavici.
Gubitak topline organa i tkiva u velikoj mjeri ovisi o njihovoj lokaciji: površinski smješteni organi, poput kože, skeletnih mišića, daju više topline i jače se hlade od unutrašnjih organa koji su zaštićeniji od hlađenja.
Telesna temperatura zdrave osobe je 36,5-36,9 °C. Odmor i san su smanjeni, a mišićna aktivnost podiže tjelesnu temperaturu. Maksimalna temperatura je u 16-18 sati, a minimalna u 3-4 sata ujutro. Za radnike koji rade duge noćne smjene, fluktuacije temperature mogu se poništiti.
Konstantnost tjelesne temperature kod čovjeka može se održati samo ako su stvaranje topline i gubitak topline cijelog organizma jednaki. To se postiže fiziološkim mehanizmima termoregulacije. manifestira se kao rezultat interakcije procesa stvaranja i prijenosa topline, reguliranih neuroendokrinim mehanizmima. Termoregulacija se obično dijeli na kemijsku i fizičku.
Hemijska termoregulacija vrši promenom nivoa proizvodnje toplote, tj. jačanje ili slabljenje intenziteta metabolizma u ćelijama organizma, a važan je za održavanje stalne telesne temperature kako u normalnim uslovima tako i pri promeni temperature okoline.
Najintenzivnije stvaranje topline u tijelu događa se u mišićima. Čak i ako osoba leži nepomično, ali su mu mišići napeti, intenzitet oksidativnih procesa, a ujedno i stvaranje topline, povećavaju se za 10%. Mala fizička aktivnost dovodi do povećanja proizvodnje toplote za 50-80%, a težak mišićni rad - za 400-500%.
U hladnim uvjetima povećava se stvaranje topline u mišićima, čak i ako osoba miruje. To je zbog činjenice da hlađenje površine tijela, djelujući na receptore koji percipiraju hladnoću, refleksno pobuđuje kaotične nevoljne kontrakcije mišića, koje se manifestiraju u obliku drhtanja (zimice). Istovremeno se značajno pojačavaju metabolički procesi u tijelu, povećava se potrošnja kisika i ugljikohidrata mišićnim tkivom, što podrazumijeva povećanje proizvodnje topline. Čak i proizvoljno protresanje povećava proizvodnju topline za 200%. Ako se u tijelo uvedu mišićni relaksanti - tvari koje remete prijenos nervnih impulsa s živca na mišić i time otklanjaju refleksno drhtanje mišića, čak i uz povećanje temperature okoline, do pada tjelesne temperature dolazi mnogo brže.
U hemijskoj termoregulaciji značajnu ulogu jetra i bubrezi takođe igraju. Temperatura krvi jetrene vene je viša od temperature krvi jetrene arterije, što ukazuje na intenzivno stvaranje toplote u ovom organu. Kada se tijelo ohladi, povećava se proizvodnja topline u jetri.
Oslobađanje energije u tijelu nastaje zbog oksidativne razgradnje proteina, masti i ugljikohidrata; dakle, svi mehanizmi koji regulišu oksidativne procese regulišu i stvaranje toplote.
Fizička termoregulacija vrši promjenama u oslobađanju topline od strane tijela. Poseban značaj dobija u održavanju konstantne telesne temperature tokom boravka tela u uslovima povišene temperature okoline.
Prijenos topline se vrši od strane toplotno zračenje (radiativni prijenos topline), ili konvekcija, one. kretanje i kretanje zagrijanog zraka, provodljivost toplote, one. prijenos topline na tvari u direktnom kontaktu s površinom tijela, i isparavanje vode sa površine kože i pluća.
Kod ljudi, u normalnim uslovima, gubitak toplote provođenjem je mali, jer su vazduh i odeća loši provodnici toplote. Zračenje, isparavanje i konvekcija se odvijaju različitim intenzitetom u zavisnosti od temperature okoline. Kod osobe koja miruje na temperaturi vazduha od oko 20°C i ukupnom prenosu toplote od 419 kJ (100 kcal) na sat, 66% se gubi uz pomoć zračenja, 19% zbog isparavanja vode i 15% ukupnog gubitka tjelesne topline zbog konvekcije. Kada temperatura okoline poraste na 35°C, prijenos topline putem zračenja i konvekcije postaje nemoguć i tjelesna temperatura se održava na konstantnom nivou isključivo isparavanjem vode s površine kože i alveola pluća.
Odjeća smanjuje prijenos topline. Gubitak toplote se sprečava slojem mirnog vazduha koji se nalazi između odeće i kože, jer je vazduh loš provodnik toplote. Toplotnoizolacijska svojstva odjeće su veća, što je finija ćelijska struktura njene strukture, koja sadrži zrak. Ovo objašnjava dobra svojstva toplinske izolacije vunene i krznene odjeće. Temperatura vazduha ispod odeće je 30°C. Naprotiv, golo tijelo gubi toplinu, jer se zrak na njegovoj površini stalno zamjenjuje. Stoga je temperatura kože golih dijelova tijela znatno niža od one odjevenih.
Na hladnoći se krvni sudovi kože, uglavnom arteriole, sužavaju: više krvi ulazi u sudove trbušne šupljine, pa je prijenos topline ograničen. Površinski slojevi kože, koji primaju manje tople krvi, zrače manje topline - prijenos topline se smanjuje. Snažnim hlađenjem kože, osim toga, dolazi do otvaranja arteriovenskih anastomoza, što smanjuje količinu krvi koja ulazi u kapilare, a samim tim i sprječava prijenos topline.
Preraspodjela krvi koja se javlja na hladnoći - smanjenje količine krvi koja cirkulira kroz površinske žile i povećanje količine krvi koja prolazi kroz sudove unutarnjih organa - doprinosi očuvanju topline u unutarnjim organima. .
Kada temperatura okoline raste, žile kože se šire, povećava se količina krvi koja cirkulira u njima. Volumen cirkulirajuće krvi u cijelom tijelu također se povećava zbog prijenosa vode iz tkiva u krvne žile, a i zbog toga što slezena i drugi depoi krvi oslobađaju dodatnu krv u opću cirkulaciju. Povećanje količine krvi koja cirkulira kroz površinske žile tijela potiče prijenos topline putem zračenja i konvekcije.
Za održavanje konstantne temperature ljudskog tijela na visokoj temperaturi okoline, od primarne je važnosti isparavanje znoja s površine kože, koje ovisi o relativnoj vlažnosti zraka. U zraku zasićenom vodenom parom, voda ne može ispariti. Stoga se pri visokoj vlažnosti atmosferskog zraka teže podnosi visoka temperatura nego pri niskoj vlažnosti. U zraku zasićenom vodenom parom (na primjer, u kadi), ispušta se znoj u velikom broju, ali ne isparava i cijedi se sa kože. Takvo znojenje ne doprinosi oslobađanju toplote: samo onaj dio znoja koji ispari s površine kože važan je za prijenos topline (ovaj dio znoja se naziva efikasno znojenje).
Odjeća nepropusna za zrak (guma i sl.), koja sprječava isparavanje znoja, slabo se podnosi: sloj zraka između odjeće i tijela brzo se zasiti parama i dalje isparavanje znoja zaustavlja.
Osoba ne podnosi relativno nisku temperaturu okoline (32°C) u vlažnom zraku. Na potpuno suhom zraku osoba može ostati bez primjetnog pregrijavanja 2-3 sata na temperaturi od 50-55°C.
Budući da dio vode isparava pluća u obliku para koje zasićuju izdahnuti zrak, disanje također učestvuje u održavanju tjelesne temperature na konstantnom nivou. Na visokoj temperaturi okoline respiratorni centar je refleksno uzbuđen, na niskoj je depresivan, disanje postaje manje duboko.
Tako se konstantnost telesne temperature održava zajedničkim delovanjem, s jedne strane, mehanizama koji regulišu intenzitet metabolizma i stvaranje toplote koja od njega zavisi (hemijska regulacija toplote), as druge strane, mehanizmi koji regulišu prenos toplote (fizička regulacija toplote) (slika 9.10) .
Rice. 9.10.
Izotermna regulacija. Regulatorne reakcije koje održavaju konstantnu tjelesnu temperaturu su složeni refleksni akti koji se javljaju kao odgovor na termičku stimulaciju kožnih receptora, kože i potkožnih žila, kao i samog centralnog nervnog sistema. Ovi receptori koji percipiraju hladnoću i toplotu nazivaju se termoreceptori. Pri relativno konstantnoj temperaturi okoline, ritmički impulsi stižu od receptora u centralnom nervnom sistemu, odražavajući njihovu toničnu aktivnost. Frekvencija ovih impulsa je maksimalna za hladne receptore kože i kožnih sudova na temperaturi od 20-30 °C, a za receptore toplote kože - na temperaturi od 38-43 °C. Sa naglim hlađenjem kože, frekvencija impulsa u hladnim receptorima se povećava, a brzim zagrijavanjem postaje manja ili prestaje. Termalni receptori na iste padove temperature reaguju na suprotan način. Toplotni i hladni receptori CNS-a reaguju na promjene temperature krvi koja teče do nervnih centara (centralnih termoreceptora). Glavni dio topline proizvode skeletni mišići i unutrašnji organi, koji čine jezgro, a koža stvara ljusku koja ima za cilj zadržavanje ili uklanjanje topline iz tijela (slika 9.11).
Rice. 9.11.
Hipotalamus sadrži glavnu termoregulacioni centri, koji koordiniraju brojne i složene procese koji osiguravaju očuvanje tjelesne temperature na konstantnom nivou. To dokazuje činjenica da uništenje hipotalamusa povlači za sobom gubitak sposobnosti regulacije tjelesne temperature i čini životinju poikilotermnom, dok uklanjanje moždane kore, striatuma i talamusa ne utječe primjetno na procese stvaranja topline i topline. transfer.
U provođenju hipotalamske regulacije tjelesne temperature uključene su endokrine žlijezde, uglavnom štitna žlijezda i nadbubrežna žlijezda.
Učešće štitne žlijezde u termoregulaciji dokazuje činjenica da unošenje u krv jedne životinje krvnog seruma druge životinje, koja je duže vrijeme bila na hladnoći, uzrokuje povećanje metabolizma u prvoj. Ovaj efekat se primećuje samo kada je štitna žlezda očuvana kod druge životinje. Očigledno, tokom boravka u rashladnim uslovima dolazi do pojačanog oslobađanja u krv hormona štitnjače, što pojačava metabolizam, a samim tim i stvaranje toplote.
Učešće nadbubrežnih žlijezda u termoregulaciji posljedica je oslobađanja adrenalina u krv, koji pojačavanjem oksidativnih procesa u tkivima, posebno u mišićima, povećava stvaranje topline i sužava žile kože, smanjujući prijenos topline. Stoga, adrenalin može uzrokovati povećanje tjelesne temperature ( adrenalinska hipertermija).
Hipotermija i hipertermija. Ako se osoba duže vrijeme nalazi u uvjetima značajno povećane ili snižene temperature okoline, tada mehanizmi fizičke i kemijske termoregulacije topline, zbog kojih temperatura tijela ostaje konstantna u normalnim uvjetima, mogu biti nedovoljni: hipotermija tijela javlja se ili pregrijavanje - hipertermija.
hipotermija - stanje u kojem tjelesna temperatura pada ispod 35°C. Hipotermija se najbrže javlja kada se uroni u hladnu vodu. U ovom slučaju, prvo se opaža ekscitacija simpatičkog nervnog sistema, prenos toplote je refleksno ograničen i proizvodnja toplote je pojačana. Potonje je olakšano kontrakcijom mišića - tremorom mišića. Nakon nekog vremena, tjelesna temperatura i dalje počinje opadati. U ovom slučaju se opaža stanje slično anesteziji: nestanak osjetljivosti, slabljenje refleksnih reakcija i smanjenje ekscitabilnosti nervnih centara. Intenzitet metabolizma naglo opada, disanje se usporava, srčane kontrakcije usporavaju, srčani minutni volumen se smanjuje, krvni tlak se smanjuje (na tjelesnoj temperaturi od 24-25 ° C, može biti 15-20% od prvobitne).
IN poslednjih godina umjetno stvorena hipotermija sa hlađenjem tijela na 24-28°C koristi se u hirurškim klinikama koje obavljaju operacije srca i centralnog nervnog sistema. Smisao ovog događaja je da hipotermija značajno smanjuje metabolizam mozga i, posljedično, potrebu za kisikom u ovom organu. Kao rezultat, postaje moguće duže krvarenje mozga (umjesto 3-5 minuta na normalnoj temperaturi do 15-20 minuta na 25-28°C), što znači da pacijenti tokom hipotermije lakše podnose privremeno zaustavljanje srčane aktivnosti. i respiratorni zastoj.
Krioterapija se koristi i za neke druge bolesti.
hipertermija - stanje u kojem tjelesna temperatura raste iznad 37°C. Javlja se pri produženom izlaganju visokim temperaturama okoline, posebno kada je zrak vlažan i zbog toga ima malo djelotvornog znojenja. Hipertermija može nastati i pod utjecajem nekih endogenih faktora koji povećavaju stvaranje topline u tijelu (tiroksin, masne kiseline itd.). Oštra hipertermija, u kojoj tjelesna temperatura doseže 40-41 °C, praćena je teškim općim stanjem tijela i naziva se toplotni udar.
Takvu promjenu temperature treba razlikovati od hipertermije, kada se vanjski uvjeti ne mijenjaju, ali je narušen stvarni proces termoregulacije. Primjer takvog poremećaja je infektivna groznica. Jedan od razloga za njegovu pojavu je visoka osjetljivost hipotalamskih centara regulacije izmjene topline na određene kemijske spojeve, posebno na bakterijske toksine.
Dakle, ravnoteža faktora odgovornih za proizvodnju topline i prijenos topline je glavni mehanizam termoregulacije.
Pitanja i zadaci
- 1. Koja je uloga proteina u tijelu? Koja je suština regulacije metabolizma proteina?
- 2. Koja je uloga ugljenih hidrata u organizmu? Koja je suština regulacije metabolizma ugljikohidrata?
- 3. Koja je uloga masti u tijelu? Šta je suština regulacije metabolizma masti?
- 4. Kakav je značaj vitamina u ljudskom životu?
- 5. Vrijednost fizičke i hemijske termoregulacije u tijelu. Objasnite odgovor.
- 6. Poslednjih godina se u hirurškim klinikama koje obavljaju operacije srca i centralnog nervnog sistema u praksi koristi veštački stvorena hipotermija sa hlađenjem tela na 24-28°C. Šta je smisao ovog događaja?