Regulace teploty spočívá v koordinaci procesů výroby tepla (chemická termoregulace) a přenosu tepla (fyzická termoregulace).
Procesy výroby tepla. Ve všech orgánech dochází v důsledku metabolických procesů k produkci tepla. Krev, která proudí z orgánů, má tedy zpravidla vyšší teplotu než ta, která přitéká dovnitř. Ale role různých orgánů při produkci tepla je odlišná. V klidu se játra podílejí asi 20% na celkové produkci tepla, pro ostatní vnitřní orgány - 56%, pro - 20%, při fyzické aktivitě na kosterní svaly - až 90%, pro vnitřní orgány - pouze 8%.
Výkonným rezervním zdrojem produkce tepla jsou tedy svaly při jejich kontrakci. Změna aktivity jejich metabolismu při pohybu je hlavním mechanismem tvorby tepla. Mezi různými lokomocemi lze rozlišit několik fází svalové participace na produkci tepla.
1. Termoregulační tón. V tomto případě se svaly nestahují. Zvyšuje se pouze jejich tonus a metabolismus. Tento tón se vyskytuje obecně ve svalech krku, trupu a končetin. V důsledku toho se produkce tepla zvyšuje o 50-100%.
2. Třes se objevuje nevědomě a spočívá v periodické činnosti vysokoprahových motorických jednotek na pozadí termoregulačního tonusu. Při chvění je veškerá energie nasměrována pouze ke zvýšení tvorby tepla, zatímco při běžné lokomoci je část energie vynaložena na pohyb příslušné končetiny a část na termogenezi. S chvěním se produkce tepla zvyšuje 2-3krát. Třes často začíná svaly krku, obličeje. To je způsobeno tím, že v první řadě by se měla zvýšit teplota krve, která proudí do mozku.
3. Libovolné kontrakce spočívají ve vědomém zvýšení svalové kontrakce. To je pozorováno v podmínkách nízké vnější teploty, kdy první dva stupně nestačí. S libovolnými kontrakcemi se produkce tepla může zvýšit 10-20krát.
Regulace tvorby tepla ve svalech je důsledkem vlivu a-motoneuronů na funkci a metabolismus/svaly, v ostatních tkáních - sympatiku nervový systém a katecholaminy (zvyšují intenzitu metabolismu o 50 %) a působením hormonů, zejména tyroxinu, který téměř zdvojnásobuje tvorbu tepla.
Významnou roli v termogenezi hrají lipidy, které při hydrolýze uvolňují mnohem více energie (9,3 kcal/g) než sacharidy (4,1 kcal/g). Zvláště důležitý je hnědý tuk, zejména u dětí.
Procesy přenosu tepla probíhá těmito způsoby - sáláním, konvekcí, vypařováním a vedením tepla.
K záření dochází pomocí infračerveného dlouhovlnného záření. To vyžaduje teplotní gradient mezi teplou pokožkou a studenými stěnami a dalšími předměty. životní prostředí. Množství záření tedy závisí na teplotě a povrchu kůže.
Tepelná vodivost se provádí přímým kontaktem těla s předměty (křeslo, postel atd.). Rychlost přenosu tepla z více vyhřívaného tělesa do méně vyhřívaného objektu je v tomto případě dána teplotním spádem a jejich tepelnou vodivostí. Přenos tepla se tímto způsobem výrazně zvyšuje (14krát), když je člověk ve vodě. Částečně vedením se teplo přenáší z vnitřních orgánů na povrch těla. Tento proces je však inhibován kvůli nízké tepelné vodivosti tuku.
konvekční cesta. Vzduch v kontaktu s povrchem těla se za přítomnosti teplotního gradientu ohřívá. Zároveň se stává lehčím a stoupajícím od těla vytváří prostor pro nové porce vzduchu. Ubírá tedy část tepla. Intenzitu přirozené konvekce lze zvýšit dodatečným pohybem vzduchu, redukujícím překážky při vstupu do těla (vhodné oblečení).
Odpařování potu. Při pokojové teplotě u svlečené osoby se asi 20 % tepla odevzdává odpařováním.
Tepelná vodivost, konvekce a sálání jsou pasivní cesty přenosu tepla založené na fyzikálních zákonech. Jsou účinné pouze tehdy, je-li zachován kladný teplotní gradient. Čím menší je teplotní rozdíl mezi tělem a prostředím, tím méně tepla se odevzdává. Při stejných indikátorech nebo při vysoké okolní teplotě jsou zmíněné způsoby nejen neúčinné, ale dochází k zahřívání těla. Za těchto podmínek se v těle spouští pouze jeden mechanismus přenosu tepla spojený s procesy pocení a pocení. Zde se uplatňují jak fyzikální zákony (náklady na energii pro proces odpařování), tak biologické (pocení). Chlazení pokožky je usnadněno tím, že na odpaření 1 ml potu se spotřebuje 0,58 kcal. Pokud se tak nestane
odpařováním potu se výrazně snižuje účinnost přenosu tepla. M
Rychlost vypařování Shotu závisí na teplotním gradientu a nasycení okolního vzduchu vodní párou. Čím vyšší je vlhkost, tím méně účinná je tato cesta přenosu tepla. Účinnost přenosu tepla prudce klesá ve vodě nebo v těsném oblečení. V tomto případě je tělo nuceno kompenzovat nedostatek pocení zvýšeným pocením.
Odpařování má dva mechanismy: a) pocení - bez účasti potních žláz b) odpařování - za aktivní účasti potních žláz.
Pocení- odpařování vody z povrchu plic, sliznic, kůže, která je vždy mokrá. Toto odpařování není regulováno, závisí na teplotním gradientu a vlhkosti okolního vzduchu, jeho hodnota je cca 600 ml / den. Čím vyšší je vlhkost, tím méně účinný je tento způsob přenosu tepla.
Mechanismus sekrece potu. Potní žláza se skládá ze dvou částí: vlastní žlázy, která se nachází v podkožní vrstvě, a vylučovacích cest, které ústí na povrchu kůže. V žláze se tvoří primární tajemství a v kanálcích se v důsledku reabsorpce tvoří sekundární tajemství - pot.
Primární tajemství podobné krevní plazmě. Rozdíl je v tom, že v tomto tajemství nejsou žádné bílkoviny a glukóza, je zde méně Na +. Takže v počátečním potu je koncentrace sodíku asi 144 nmol / l, chloru - 104 nmol / l. Tyto ionty jsou aktivně absorbovány při průchodu potu vylučovacími kanály, což zajišťuje absorpci vody. Proces absorpce do značné míry závisí na rychlosti tvorby a podpory potu, že tyto procesy jsou aktivní, čím více Na + a Cl- zbývá. Při silném pocení může v potu zůstat až poloviční koncentrace těchto iontů. Silné pocení je doprovázeno zvýšením koncentrace močoviny (až 4krát vyšší než v plazmě) a draslíku (až 1,2krát vyšší než v plazmě). Celková vysoká koncentrace iontů, tvořící vysokou hladinu osmotického tlaku, zajišťuje snížení reabsorpce a uvolnění velkého množství vody s potem.
Při silném pocení lze strávit hodně NaCl (až 15-30 g / den). V těle však existují mechanismy, které zajistí zachování těchto důležitých iontů při silném pocení. Podílejí se na adaptačních procesech, zejména aldosteron zvyšuje reabsorpci Na +.
Funkce potních žláz jsou regulovány speciálními mechanismy. Jejich činnost je ovlivněna sympatickým nervovým systémem, ale mediátorem je zde acetylcholin. Sekreční buňky mají kromě M-cholinergních receptorů také adrenoreceptory, které reagují na krevní katecholaminy. Aktivace funkce potních žláz je doprovázena zvýšením jejího prokrvení.
Množství uvolněného potu může dosáhnout 1,5 l / h a u adaptovaných lidí - až 3 l / h.
Při pokojové teplotě se u nahé osoby uvolňuje asi 60 % tepla v důsledku sálání, asi 12–15 % – proudění vzduchu, asi 20 % – odpařování, 2–5 % – tepelná vodivost. Tento poměr však závisí na řadě podmínek, zejména na okolní teplotě.
Hlavní roli v regulaci procesů přenosu tepla hrají změny prokrvení kůže. Zúžení cév kůže, otevření arteriovenózních anastomóz přispívá k menšímu přílivu tepla z jádra do obalu a jeho zachování v těle. Naopak při rozšiřování kožních cév může její teplota vzrůst o 7-8 ° C. Zároveň se zvyšuje i přenos tepla.
Kůži lze obvykle nazvat radiátorovým systémem těla. Průtok krve v kůži se může lišit od 0 do 30 % IOC. Cévní tonus kůže je řízen sympatickým nervovým systémem.
Tělesná teplota je tedy rovnováha mezi procesy tvorby tepla a přenosu tepla. Převažuje-li produkce tepla nad tepelnými ztrátami, tělesná teplota stoupá a naopak, jsou-li tepelné ztráty vyšší než produkce tepla, tělesná teplota klesá.
TERMOREGULACE A ZDRAVÍ
Oblast lidského obydlí sahá od polárních zón, kde teplota vzduchu někdy dosahuje -86°C, až po rovníkové savany a pouště, v jejichž nejteplejších částech se ve stínu blíží k +50°C! Přesto si v tak širokém rozmezí teplot člověk zachovává aktivní vitalitu a dostatečnou výkonnost díky své tepelné stabilitě, kdy tělesná teplota kolísá v relativně úzkých mezích – od 36 do 37 °C.
Homeothermie - stálost tělesné teploty - činí člověka nezávislým na teplotních podmínkách pobytu, protože biochemické reakce, které zajišťují jeho život, se nadále provádějí na optimální úrovni v důsledku zachování přiměřené aktivity tkáňových enzymů a vitamínů, které je poskytují, katalyzující a aktivující některé aspekty metabolismu, tkáňové hormony, neurotransmitery a další látky, na kterých závisí normální fungování těla. Posun teploty tím či oním směrem prudce mění aktivitu těchto látek, a to u každé z nich v jiné míře – v důsledku toho dochází k disociaci v činnosti proudění jednotlivých aspektů metabolismu. U poikilotermních studenokrevných živočichů, jejichž tělesná teplota je určována teplotou okolí (spolu s ní se zvyšuje nebo snižuje), se aktivita jejich tkáňových enzymů jako biologických katalyzátorů mění spolu se změnami vnějších tepelných podmínek. Proto se při poklesu teploty míra projevu jejich vitální aktivity snižuje až k úplnému zastavení – tzv. pozastavené animaci a při velmi vysoké teplotě dochází buď k odumírání nebo vysychání, což u některých poikiloterm je také druh pozastavené animace. Takže se změnou vnější teploty může být vitální aktivita některých druhů hmyzu (saranče) obnovena jak po zmrazení na teplotu kapalného dusíku (–189 ° C), tak po vysušení. Byl popsán případ oživení, byť krátkodobého, obřího čolka zmrzlého v ledovci, podle odborníků nejméně před 5000 lety.
Schopnost udržovat stálou tělesnou teplotu za různých podmínek existence tedy činí teplokrevné živočichy nezávislými na okolnostech přírody a schopnými udržet si vysokou úroveň životaschopnosti. Tato schopnost je dána komplexním systémem termoregulace, který zajišťuje pokles produkce tepla a jeho aktivní návrat v případě nebezpečí přehřátí a aktivaci termogeneze s omezeným přenosem tepla - v případě nebezpečí podchlazení.
Statistiky ukazují, že v Rusku je více než 40 % všech případů dočasné invalidity způsobeno nachlazením, což dává laikovi důvod považovat termoregulační systém za nedokonalý. Existuje však mnoho skutečností poukazujících na vysokou přirozenou odolnost člověka vůči působení nízkých teplot. Jogíni tedy soutěží při teplotách pod -20 °C v rychlosti sušení mokrého prostěradla s teplem svého těla, sedíce nazí na ledu zamrzlého jezera. Tradičním se stalo plavání speciálně vycvičených plavců přes Beringovu úžinu z Aljašky na Čukotku (více než 40 km) při teplotě vody +4°C - +6°C. Jakutové potírají novorozence sněhem a Ostyakové a Tunguové je ponoří do sněhu, polijí studenou vodou a poté zabalí do sobí kůže... V tomto případě by se zřejmě spíše mělo mluvit o zvrácenosti dokonalých mechanismů tzv. lidská termoregulace má daleko k podmínkám, které je formovaly v evoluci života moderního člověka, než k nedokonalosti samotných mechanismů.
Zatímco většina životních funkcí - krevní oběh, dýchání, trávení atd. - má nějaký specifický stavební a funkční aparát, termoregulace takový orgán nemá a je funkcí celého organismu jako celku.
Podle schématu navrženého I.P. Pavlovem může být teplokrevný organismus reprezentován jako relativně termostabilní „jádro“ a „skořápka“ se širokým teplotním rozsahem. Jádro, jehož teplota se pohybuje v rozmezí 36,8–37,5 °C, zahrnuje především životně důležité vnitřní orgány: srdce, játra, žaludek, střeva atd. Pozoruhodná je zejména úloha jater, která mají poměrně vysokou teplotu – nad 37,5 °C, a tlustého střeva, jehož mikroflóra v průběhu své životní činnosti produkuje velké množství tepla, které udržuje teplotu sousední tkáně. Termolabilní schránku tvoří končetiny, kůže a podkoží, svaly atp. Teplota různých částí skořápky se velmi liší. Teplota prstů u nohou je tedy asi 24 °C, teplota hlezenního kloubu 30–31 °C, špička nosu 25 °C, podpaží, konečník 36,5–36,9 °C atd. Teplota skořápky je však velmi pohyblivá, což je dáno podmínkami životní činnosti a stavem těla, a proto se její tloušťka může lišit od velmi tenké v teple až po velmi silnou, stlačující jádro - za studena. Takové vztahy mezi jádrem a obalem jsou způsobeny tím, že první převážně produkuje teplo (v klidu), zatímco druhý musí zajistit zachování tohoto tepla. To vysvětluje skutečnost, že u otužilců obal v chladu skořápka rychle a spolehlivě obalí jádro a zachová optimální podmínky pro udržení činnosti životně důležitých orgánů a systémů, zatímco u neotužilců zůstává obal tenký i za těchto podmínek, vytváří hrozbu podchlazení jádra (např. při poklesu teploty plic již o 0,5°C hrozí zápal plic).
Tepelnou stabilitu těla zajišťují především dva komplementární mechanismy regulace – fyzikální a chemický. Fyzikální termoregulace Aktivuje se především při nebezpečí přehřátí a spočívá v předání tepla do okolí. To zahrnuje všechny možné mechanismy přenosu tepla: tepelné záření, přenos tepla, konvekce a odpařování. Tepelné záření se provádí díky infračerveným paprskům vycházejícím z kůže, která má vysokou teplotu. Vedení tepla je realizováno díky teplotnímu rozdílu mezi pokožkou a okolním vzduchem. Zvětšení tohoto rozdílu je způsobeno hyperémií - rozšířením kožních cév a přílivem většího množství teplé krve z vnitřních orgánů, proto barva kůže v horku zrůžoví. Současně je účinnost přenosu tepla určena tepelnou vodivostí a tepelnou kapacitou vnějšího prostředí: například tyto ukazatele při odpovídajících teplotách pro vodu jsou 20–27krát vyšší než pro vzduch. Z toho je zřejmé, proč je pro člověka tepelně pohodlná teplota vzduchu asi 18 ° C a voda - 34 ° C. Přenos tepla odpařováním potu je velmi účinný, protože při odpaření 1 ml potu z povrchu těla tělo ztrácí 0,56 kcal tepla. Vezmeme-li v úvahu, že dospělý člověk vyprodukuje asi 800 ml potu i v podmínkách nízké fyzické aktivity, pak je účinnost této metody jasná.
Za různých podmínek života se poměr tepelných ztrát tak či onak výrazně mění. V klidu a při optimální teplotě vzduchu tedy tělo ztrácí 31 % vytvořeného tepla vedením, 44 % zářením, 22 % odpařováním (včetně vlhkosti z dýchacích cest) a 3 % konvekcí. Při silném větru se zvyšuje úloha konvekce, při zvýšení vlhkosti vzduchu - vedení a při zvýšené práci - odpařování (například při intenzivní fyzické aktivitě dosahuje odpařování potu někdy 3-4 litrů za hodinu!).
Účinnost přenosu tepla tělem je mimořádně vysoká. Biofyzikální výpočty ukazují, že porušení těchto mechanismů, a to i u člověka v klidu, by vedlo ke zvýšení jeho tělesné teploty během hodiny až na 37,5 ° C a po 6 hodinách - až na 46-48 ° C, kdy začíná nevratná destrukce proteinových struktur.
Chemická termoregulace je zvláště důležité, když existuje nebezpečí podchlazení. Ztráta vlněného potahu člověka ve vztahu ke zvířatům způsobila, že byl obzvláště citlivý na působení nízkých teplot, o čemž svědčí fakt, že člověk má téměř 30x více receptorů chladu než receptorů tepla. Zlepšení mechanismů adaptace na chlad přitom vedlo k tomu, že člověk mnohem snadněji snáší snížení tělesné teploty než její zvýšení. Kojenci tedy snadno tolerují snížení tělesné teploty o 3–5 °C, ale je obtížné tolerovat zvýšení o 1–2 °C. Dospělý jedinec bez následků snáší podchlazení do 33–34 °C, ale při přehřátí z vnějších zdrojů až na 38,6 °C ztrácí vědomí, i když s horečkou z infekce dokáže udržet vědomí i při 42 °C. Zároveň byly zaznamenány případy oživování promrzlých lidí, kterým teplota kůže klesla pod bod mrazu.
Podstatou chemické termoregulace je změna aktivity metabolických procesů v těle: při vysoké vnější teplotě se snižuje a při nízké zvyšuje. Studie ukazují, že se snížením okolní teploty o 1 °C u nahé osoby v klidu se metabolická aktivita zvýší o 10 %. (Anestezie a tzv. antipsychotika však vypínají vyšší regulační mechanismy tepelné stability u teplokrevných živočichů, činí je závislými na okolní teplotě a při ochlazení jejich tělesné teploty na 32°C klesá spotřeba kyslíku na 50°C. %, při 20 °C – až 20 %, a při +1 °С – až 1 % původní úrovně.)
Zvláštní význam pro udržení tělesné teploty má tonus kosterního svalstva, který se zvyšuje s poklesem okolní teploty a klesá s oteplováním. Je příznačné, že tyto procesy probíhají tím aktivněji, čím nebezpečněji hrozí narušení tepelné stability. Svaly jsou tedy při teplotě vzduchu 25–28°C (a zejména v kombinaci s vysokou vlhkostí) do značné míry uvolněné a jimi reprodukovaná tepelná energie je zanedbatelná. Naopak s nebezpečím podchlazení nabývá na významu třes - nekoordinované stahy svalových vláken, kdy téměř úplně chybí vnější mechanická práce a téměř veškerá energie stahujících se vláken se přenáší do Termální energie(Tento jev se nazývá termogeneze bez chvění). Není tedy nic překvapivého na tom, že při třesu se produkce tepla v těle může zvýšit více než třikrát a při namáhavé fyzické práci až 10krát nebo vícekrát.
V chemické termoregulaci hrají nepochybnou roli i plíce, které vlivem změn v metabolické aktivitě vysoce kalorických tuků obsažených v jejich struktuře udržují relativně stálou teplotu, proto při vysoké vnější teplotě krev proudící z plíce jsou chladnější a při nízké teplotě jsou teplejší než vdechovaný vzduch.
Fyzikální a chemické mechanismy termoregulace pracují s vysokým stupněm koordinace díky přítomnosti odpovídajícího centra v diencefalu (hypotalamu) v centrálním nervovém systému, proto při vysokých okolních teplotách na jedné straně stoupá přenos tepla (vzhledem ke zvýšení teploty kůže, odpařování potu apod.) a na druhé straně klesá tvorba tepla (v důsledku poklesu svalového tonusu, přechodu k vstřebávání méně energeticky náročných produktů tělem) ; při nízkých teplotách naopak: produkce tepla se zvyšuje a přenos tepla klesá.
Dokonalé mechanismy lidské termoregulace tak umožňují udržení optimální životaschopnosti v širokém rozsahu vnějších teplot.
termoregulace- Jedná se o proces, který zajišťuje schopnost těla udržovat tělesnou teplotu na určité úrovni bez ohledu na okolní teplotu.
Termoregulační centrum může být excitováno jak humorálně (teplotou protékající krve), tak reflexně (při podráždění kožních receptorů teplem nebo chladem). Excitace termoregulačního centra aktivuje všechny tepelně-regulační mechanismy: intenzitu oxidačních procesů, tonus kosterního svalstva, vazomotorické reakce, sekreci potních žláz, dýchací pohyby. Intenzita oxidačních procesů se může měnit buď prostřednictvím autonomního nervového systému, nebo změnou sekrece hormonů štítné žlázy a dřeně nadledvin. Reflexně přes vazomotorická, dýchací a potní centra dochází ke změnám svalové práce, rozšíření nebo zúžení cév, sekreci potu, změnám dýchacích pohybů.
Kůra
Termoregulační centrum je zase pod kontrolou mozkové kůry. Pokud je zvíře v určitém prostředí vystaveno přehřátí a dojde v něm k odpovídajícím regulačním reakcím, pak v něm prostředí samo (bez přehřátí) po chvíli vyvolá stejné reakce jako přehřátí. Zde tedy dochází k podmíněné reflexní reakci, ke které dochází za účasti mozkové kůry.
Teplotní limity života jsou velmi široké. Spory mnoha bakterií vydrží zahřátí až na 150 ° a některé z nich neztrácejí životaschopnost při teplotě blízké absolutní nule. Na druhé straně někteří nálevníci žijí v horkých pramenech ostrova Ischia (Itálie) při teplotě kolem 85 °. Je toho ještě mnoho, co zde není dobře pochopeno. Ryby, hmyz a dokonce i savci lze zmrazit a poté jemně rozmrazit. Například kapři byli zmraženi na 15 stupňů pod nulou a znovu, postupně hnijící, přivedeni k životu, ale mrznutí alespoň o stupeň pod 15 je pro zvíře již katastrofální. Je však také známo, že když jsou spermie zmraženy na teplotu blízkou mínus 200 °C a při této teplotě skladovány po dlouhou dobu, značná část z nich si zachová svou normální životaschopnost a schopnost oplodnění.
Na této stránce jsou materiály k tématům:
Mechanismy přenosu tepla těla v podmínkách chladu a tepla ">
Mechanismy přenosu tepla těla v podmínkách chladu a tepla: a) redistribuce krve mezi cévami vnitřních orgánů a cévami povrchu kůže; b) redistribuce krve v cévách kůže.
Fyzikální termoregulace se objevila v pozdějších fázích evoluce. Jeho mechanismy neovlivňují procesy buněčného metabolismu. Mechanismy fyzické termoregulace se aktivují reflexně a jako každý reflexní mechanismus mají tři hlavní složky. Za prvé jsou to receptory, které vnímají změny teploty uvnitř těla nebo prostředí. Druhým článkem je centrum termoregulace. Třetím článkem jsou efektory, které mění procesy přenosu tepla a udržují tělesnou teplotu na konstantní úrovni. V těle kromě potní žlázy nejsou vlastní efektory reflexního mechanismu fyzické termoregulace.
Význam fyzické termoregulace
Fyzikální termoregulace je regulace přenosu tepla. Jeho mechanismy zajišťují udržování tělesné teploty na konstantní úrovni, a to jak v podmínkách, kdy organismu hrozí přehřátí, tak při ochlazování.
Fyzikální termoregulace se provádí změnami ve výdeji tepla tělem. Nabývá zvláštního významu při udržování stálé tělesné teploty během pobytu těla v podmínkách zvýšené okolní teploty.
Přenos tepla se uskutečňuje sáláním tepla (radiační přenos tepla), konvekcí, tj. pohybem a promícháváním vzduchu ohřátého tělem, vedením tepla, tzn. odvod tepla látkou ve styku s povrchem těla. Charakter přenosu tepla tělem se liší v závislosti na intenzitě metabolismu.
Tepelným ztrátám brání vrstva nehybného vzduchu, která je mezi oděvem a pokožkou, protože vzduch je špatným vodičem tepla. Vrstva podkožní tukové tkáně do značné míry brání přenosu tepla z důvodu nízké tepelné vodivosti tuku.
Regulace teploty
Teplota kůže, a tedy i intenzita tepelného záření a vedení tepla, se může měnit v chladném nebo horkém prostředí v důsledku redistribuce krve v cévách a se změnami objemu cirkulující krve.
V chladu se stahují krevní cévy kůže, hlavně arterioly; do cév dutiny břišní se dostává více krve a tím je omezen přenos tepla. Povrchové vrstvy kůže, které přijímají méně teplé krve, vyzařují méně tepla, takže přenos tepla klesá. Kromě toho se při silném ochlazení kůže otevírají arteriovenózní anastomózy, což snižuje množství krve vstupující do kapilár, a tím zabraňuje přenosu tepla.
Redistribuce krve, ke které dochází v chladu - snížení množství krve cirkulující povrchovými cévami a zvýšení množství krve procházející cévami vnitřních orgánů - přispívá k uchování tepla ve vnitřních orgánech, jehož teplota je udržována na konstantní úrovni.
Když okolní teplota stoupá, cévy pokožky se rozšiřují, zvyšuje se množství krve, která v nich cirkuluje. Objem cirkulující krve v těle se také zvyšuje díky přenosu vody z tkání do cév a také proto, že slezina a další krevní depa uvolňují další krev do celkového oběhu. Zvýšení množství krve cirkulující povrchovými cévami těla podporuje přenos tepla radiací a konvekcí. Pro udržení stálé tělesné teploty při vysokých okolních teplotách je důležité i pocení, ke kterému dochází v důsledku přenosu tepla v procesu odpařování vody.
Tělesná teplota lidí a vyšších zvířat je udržována na relativně konstantní úrovni i přes kolísání okolní teploty. Tato stálá tělesná teplota se nazývá izotermy.
Izoterma je charakteristická pouze pro tzv homoiotermní, nebo teplokrevné, zvířata a nepřítomné v poikilotermní, neboli studenokrevní živočichové, jejichž tělesná teplota je proměnlivá a jen málo se liší od teploty okolí.
Izotermie v procesu ontogeneze se vyvíjí postupně. U novorozeného dítěte není schopnost udržovat stálou tělesnou teplotu zdaleka dokonalá. V důsledku toho může dojít k ochlazení. (podchlazení) nebo přehřátí (hypertermie) tělo při okolních teplotách, které neovlivňují dospělého člověka. Stejně tak i malá svalová práce, jako je dlouhodobý pláč dítěte, může vést ke zvýšení tělesné teploty. Tělo předčasně narozených dětí je ještě méně schopné udržovat stálou tělesnou teplotu, která u nich do značné míry závisí na teplotě prostředí.
K tvorbě tepla dochází v důsledku kontinuálně probíhajících exotermických reakcí. Tyto reakce se vyskytují ve všech orgánech a tkáních, ale s různou intenzitou. Ve tkáních a orgánech, které vykonávají aktivní práci – ve svalové tkáni, játrech, ledvinách – se uvolňuje více tepla než v těch méně aktivních – pojivové tkáně, kosti, chrupavky.
Ztráta tepla orgány a tkáněmi závisí do značné míry na jejich umístění: povrchově umístěné orgány, jako je kůže, kosterní svaly, vydávají více tepla a jsou ochlazovány silněji než vnitřní orgány, které jsou před ochlazením více chráněny.
Tělesná teplota zdravého člověka je 36,5-36,9 °C. Odpočinek a spánek jsou sníženy a svalová aktivita zvyšuje tělesnou teplotu. Maximální teplota je pozorována v 16-18 hodin, minimální - ve 3-4 hodině. U pracovníků, kteří pracují na dlouhé noční směny, lze kolísání teplot zvrátit.
Stálost tělesné teploty u člověka může být zachována pouze tehdy, jsou-li tvorba tepla a tepelné ztráty celého organismu stejné. Toho je dosaženo prostřednictvím fyziologických mechanismů termoregulace. se projevuje jako výsledek interakce procesů tvorby a přenosu tepla, regulovaných neuroendokrinními mechanismy. Termoregulace se obvykle dělí na chemickou a fyzikální.
Chemická termoregulace provádí změnou úrovně tvorby tepla, tzn. posílení nebo zeslabení intenzity metabolismu v buňkách těla a je důležitý pro udržení stálé tělesné teploty jak za normálních podmínek, tak i při změně okolní teploty.
K nejintenzivnějšímu vývinu tepla v těle dochází ve svalech. I když člověk nehybně leží, ale jeho svaly jsou napjaté, intenzita oxidačních procesů a zároveň tvorba tepla se zvýší o 10 %. Malá fyzická aktivita vede ke zvýšení tvorby tepla o 50-80% a těžké svalové práci - o 400-500%.
V chladných podmínkách se tvorba tepla ve svalech zvyšuje, i když člověk stojí. Je to dáno tím, že ochlazování povrchu těla, působící na receptory vnímající podráždění chladem, reflexně vybuzuje chaotické mimovolní svalové kontrakce, projevující se ve formě chvění (zimnice). Současně se výrazně zvyšují metabolické procesy v těle, zvyšuje se spotřeba kyslíku a sacharidů svalovou tkání, což vede ke zvýšení tvorby tepla. Dokonce i svévolné protřepávání zvyšuje tvorbu tepla o 200 %. Pokud se do těla dostanou myorelaxancia – látky, které narušují přenos nervových vzruchů z nervu do svalu a tím eliminují reflexní svalové třesy, dochází i při zvýšení okolní teploty k poklesu tělesné teploty mnohem rychleji.
V chemické termoregulaci významná role hrají také játra a ledviny. Teplota krve jaterní žíly je vyšší než teplota krve jaterní tepny, což ukazuje na intenzivní tvorbu tepla v tomto orgánu. Když se tělo ochladí, zvýší se produkce tepla v játrech.
K uvolňování energie v těle dochází v důsledku oxidačního rozkladu bílkovin, tuků a sacharidů; proto všechny mechanismy, které regulují oxidační procesy, regulují i tvorbu tepla.
Fyzikální termoregulace prováděné změnami ve výdeji tepla tělem. Nabývá zvláštního významu při udržování stálé tělesné teploty během pobytu těla v podmínkách zvýšené okolní teploty.
Přenos tepla se provádí pomocí tepelné záření (přenos tepla sáláním), nebo proudění, těch. pohyb a pohyb ohřátého vzduchu, vedení tepla, těch. předávání tepla látkám v přímém kontaktu s povrchem těla, a odpařování vody z povrchu kůže a plic.
U lidí je za normálních podmínek ztráta tepla vedením malá, protože vzduch a oblečení jsou špatnými vodiči tepla. Záření, vypařování a konvekce probíhají s různou intenzitou v závislosti na okolní teplotě. U člověka v klidu při teplotě vzduchu asi 20 °C a celkovém přenosu tepla 419 kJ (100 kcal) za hodinu se ztrácí 66 % pomocí záření, 19 % odpařováním vody a 15 % z celkových ztrát tělesného tepla v důsledku konvekce. Když okolní teplota stoupne na 35 °C, přenos tepla pomocí záření a konvekce se stává nemožným a tělesná teplota je udržována na konstantní úrovni pouze odpařováním vody z povrchu kůže a plicních sklípků.
Oblečení snižuje přenos tepla. Tepelným ztrátám brání vrstva nehybného vzduchu, která je mezi oděvem a pokožkou, protože vzduch je špatným vodičem tepla. Tepelně-izolační vlastnosti oděvu jsou tím vyšší, čím jemnější je buněčná struktura jeho struktury, která obsahuje vzduch. To vysvětluje dobré tepelně-izolační vlastnosti vlněných a kožešinových oděvů. Teplota vzduchu pod oblečením je 30°C. Naopak, nahé tělo ztrácí teplo, protože vzduch na jeho povrchu se neustále vyměňuje. Proto je teplota pokožky nahých částí těla mnohem nižší než u oblečených.
V chladu se cévy kůže, hlavně arterioly, zužují: do cév dutiny břišní se dostává více krve, a tím je omezen přenos tepla. Povrchové vrstvy kůže, přijímající méně teplé krve, vyzařují méně tepla - přenos tepla klesá. Při silném ochlazení kůže navíc dochází k otevírání arteriovenózních anastomóz, což snižuje množství krve vstupující do kapilár, a tím brání přenosu tepla.
Redistribuce krve, ke které dochází v chladu - snížení množství krve cirkulující povrchovými cévami a zvýšení množství krve procházející cévami vnitřních orgánů - přispívá k uchování tepla ve vnitřních orgánech .
Když okolní teplota stoupá, cévy pokožky se rozšiřují, zvyšuje se množství krve, která v nich cirkuluje. Objem cirkulující krve v těle se také zvyšuje díky přenosu vody z tkání do cév a také proto, že slezina a další krevní depa uvolňují další krev do celkového oběhu. Zvýšení množství krve cirkulující povrchovými cévami těla podporuje přenos tepla radiací a konvekcí.
Pro udržení stálé teploty lidského těla při vysoké okolní teplotě má primární význam odpařování potu z povrchu kůže, které závisí na relativní vlhkosti vzduchu. Ve vzduchu nasyceném vodní párou se voda nemůže odpařovat. Proto je při vysoké vlhkosti atmosférického vzduchu vysoká teplota obtížnější tolerovat než při nízké vlhkosti. Ve vzduchu nasyceném vodní párou (například ve vaně) se uvolňuje pot ve velkém počtu, ale neodpařuje se a stéká z pokožky. Takové pocení nepřispívá k uvolňování tepla: pro přenos tepla je důležitá pouze ta část potu, která se odpařuje z povrchu kůže (tato část potu je tzv. efektivní pocení).
Oblečení nepropustné pro vzduch (guma apod.), které brání odpařování potu, je špatně snášeno: vrstva vzduchu mezi oblečením a tělem se rychle nasytí párou a další odpařování potu se zastaví.
Člověk nesnáší relativně nízkou okolní teplotu (32 °C) ve vlhkém vzduchu. Ve zcela suchém vzduchu vydrží člověk bez znatelného přehřátí 2-3 hodiny při teplotě 50-55°C.
Protože část vody se odpařuje plícemi ve formě par, které nasycují vydechovaný vzduch, podílí se na udržování tělesné teploty na konstantní úrovni i dýchání. Při vysoké okolní teplotě je dechové centrum reflexně excitováno, při nízké teplotě tlumené, dýchání se stává méně hlubokým.
Stálost tělesné teploty je tak udržována společným působením na jedné straně mechanismů regulujících intenzitu metabolismu a na něm závislých vývin tepla (chemická regulace tepla) a na straně druhé mechanismy, které regulují přenos tepla (fyzikální regulace tepla) (obr. 9.10) .
Rýže. 9.10.
Izotermická regulace. Regulační reakce, které udržují stálou tělesnou teplotu, jsou komplexní reflexní akty, ke kterým dochází v reakci na tepelnou stimulaci kožních receptorů, kůže a podkožních cév a také samotného centrálního nervového systému. Tyto receptory, které vnímají chlad a teplo, se nazývají termoreceptory. Při relativně konstantní okolní teplotě přicházejí rytmické impulsy z receptorů v centrálním nervovém systému, které odrážejí jejich tonickou aktivitu. Frekvence těchto impulzů je maximální pro chladové receptory kůže a kožních cév při teplotě 20-30 °C a pro kožní tepelné receptory - při teplotě 38-43 °C. Při prudkém ochlazení pokožky se frekvence impulzů v chladových receptorech zvyšuje a při rychlém oteplení se snižuje nebo se zastaví. Tepelné receptory reagují na stejné poklesy teploty opačně. Tepelné a chladové receptory CNS reagují na změny teploty krve proudící do nervových center (centrální termoreceptory). Hlavní část tepla produkují kosterní svaly a vnitřní orgány, které tvoří jádro, a kůže vytváří skořápku zaměřenou na zadržování nebo odvod tepla z těla (obr. 9.11).
Rýže. 9.11.
Hypotalamus obsahuje hlavní termoregulační centra, které koordinují četné a složité procesy zajišťující uchování tělesné teploty na konstantní úrovni. To dokazuje skutečnost, že destrukce hypotalamu má za následek ztrátu schopnosti regulovat tělesnou teplotu a činí zvíře poikilotermní, zatímco odstranění mozkové kůry, striata a thalamu nijak výrazně neovlivňuje procesy tvorby tepla a tepla. převod.
Na realizaci hypotalamické regulace tělesné teploty se podílejí žlázy s vnitřní sekrecí, především štítná žláza a nadledvinky.
Účast štítné žlázy na termoregulaci dokazuje skutečnost, že zavedení krevního séra jiného zvířete, které bylo delší dobu v chladu, do krve zvířete způsobí zvýšení metabolismu v prvním. Tento účinek je pozorován pouze při zachování štítné žlázy u druhého zvířete. Je zřejmé, že při pobytu v ochlazovacích podmínkách dochází ke zvýšenému uvolňování hormonu štítné žlázy do krve, což zvyšuje metabolismus a následně i tvorbu tepla.
Účast nadledvin na termoregulaci je důsledkem uvolňování adrenalinu do krve, který posílením oxidačních procesů v tkáních, zejména ve svalech, zvyšuje tvorbu tepla a stahuje kožní cévy, čímž snižuje přenos tepla. Proto může adrenalin způsobit zvýšení tělesné teploty ( adrenalinová hypertermie).
Hypotermie a hypertermie. Pokud je člověk dlouhodobě v podmínkách výrazně zvýšené nebo snížené okolní teploty, pak mohou být mechanismy fyzikální a chemické termoregulace tepla, díky nimž tělesná teplota za normálních podmínek konstantní, nedostatečná: hypotermie těla dochází nebo přehřátí - hypertermie.
Podchlazení - stav, kdy tělesná teplota klesne pod 35 °C. K hypotermii dochází nejrychleji při ponoření do studené vody. V tomto případě je nejprve pozorována excitace sympatického nervového systému, přenos tepla je reflexně omezen a produkce tepla je zvýšena. To druhé je usnadněno svalovou kontrakcí - svalovým třesem. Po chvíli se tělesná teplota stále začíná snižovat. V tomto případě je pozorován stav podobný anestezii: vymizení citlivosti, oslabení reflexních reakcí a snížení excitability nervových center. Prudce klesá intenzita metabolismu, zpomaluje se dýchání, zpomalují se srdeční stahy, snižuje se srdeční výdej, klesá krevní tlak (při tělesné teplotě 24-25°C může být 15-20% původní).
NA minulé roky uměle vytvořená hypotermie s ochlazením těla na 24-28°C se používá na chirurgických ambulancích, které provádějí operace srdce a centrálního nervového systému. Smyslem této události je, že hypotermie výrazně snižuje metabolismus mozku a následně i potřebu kyslíku v tomto orgánu. V důsledku toho je možné delší krvácení do mozku (místo 3-5 minut při normální teplotě na 15-20 minut při 25-28 ° C), což znamená, že během hypotermie pacienti snáze snášejí dočasné zastavení srdeční činnosti a zástavou dechu.
Kryoterapie se využívá i u některých dalších onemocnění.
Hypertermie - stav, kdy tělesná teplota stoupne nad 37 °C. Vyskytuje se při dlouhodobém vystavení vysokým okolním teplotám, zvláště když je vzduch vlhký, a proto dochází k malému účinnému pocení. Hypertermie může nastat i pod vlivem některých endogenních faktorů, které zvyšují tvorbu tepla v těle (tyroxin, mastné kyseliny atd.). Ostrá hypertermie, při které tělesná teplota dosahuje 40–41 °C, je doprovázena vážným celkovým stavem těla a nazývá se úpal.
Takovou změnu teploty je třeba odlišit od hypertermie, kdy se nemění vnější podmínky, ale je narušen vlastní proces termoregulace. Příkladem takové poruchy je infekční horečka. Jedním z důvodů jeho výskytu je vysoká citlivost hypotalamických center regulace výměny tepla na některé chemické sloučeniny, zejména na bakteriální toxiny.
Rovnováha faktorů odpovědných za produkci tepla a přenos tepla je tedy hlavním mechanismem termoregulace.
Otázky a úkoly
- 1. Jaká je role bílkovin v těle? Co je podstatou regulace metabolismu bílkovin?
- 2. Jaká je role sacharidů v těle? Co je podstatou regulace metabolismu sacharidů?
- 3. Jaká je role tuků v těle? Co je podstatou regulace metabolismu tuků?
- 4. Jaký význam mají vitamíny v životě člověka?
- 5. Hodnota fyzikální a chemické termoregulace v organismu. Vysvětlete odpověď.
- 6. Na chirurgických ambulancích provádějících operace srdce a centrálního nervového systému se v posledních letech v praxi využívá uměle vytvořená hypotermie s ochlazením těla na 24-28 °C. Jaký je smysl této akce?