La regulación de la temperatura consiste en coordinar los procesos de producción de calor (termorregulación química) y transferencia de calor (termorregulación física).
Procesos de producción de calor. En todos los órganos, como resultado de los procesos metabólicos, se produce la producción de calor. Por lo tanto, la sangre que fluye de los órganos, por regla general, tiene una temperatura más alta que la que fluye. Pero el papel de varios órganos en la producción de calor es diferente. En reposo, el hígado representa aproximadamente el 20% de la producción total de calor, para otros órganos internos - 56%, para - 20%, durante la actividad física en los músculos esqueléticos - hasta el 90%, para órganos internos - solo el 8%.
Así, una poderosa fuente de reserva de producción de calor son los músculos durante su contracción. El cambio en la actividad de su metabolismo durante la locomoción es el principal mecanismo de producción de calor. Entre las diversas locomotoras, se pueden distinguir varias etapas de participación muscular en la producción de calor.
1. Tono termorregulador. En este caso, los músculos no se contraen. Solo aumentan su tono y metabolismo. Este tono se presenta generalmente en los músculos del cuello, tronco y extremidades. Como resultado, la producción de calor aumenta en un 50-100%.
2. El temblor ocurre inconscientemente y consiste en la actividad periódica de las unidades motoras de alto umbral en el contexto del tono termorregulador. Durante el temblor, toda la energía se dirige únicamente a aumentar la generación de calor, mientras que durante la locomoción normal, parte de la energía se gasta en mover la extremidad correspondiente y parte en la termogénesis. Con temblores, la producción de calor aumenta de 2 a 3 veces. El temblor a menudo comienza con los músculos del cuello y la cara. Esto se debe a que, en primer lugar, la temperatura de la sangre que fluye hacia el cerebro debe aumentar.
3. Las contracciones arbitrarias consisten en un aumento consciente de la contracción muscular. Esto se observa en condiciones de baja temperatura exterior, cuando las dos primeras etapas no son suficientes. Con contracciones arbitrarias, la producción de calor puede aumentar entre 10 y 20 veces.
La regulación de la producción de calor en los músculos se debe a la influencia de las a-motoneuronas en la función y el metabolismo / músculos, en otros tejidos - simpático sistema nervioso y las catecolaminas (aumentan la intensidad del metabolismo en un 50%) y la acción de las hormonas, especialmente la tiroxina, que casi duplica la producción de calor.
Un papel importante en la termogénesis son los lípidos, que durante la hidrólisis liberan mucha más energía (9,3 kcal/g) que los carbohidratos (4,1 kcal/g). De particular importancia, en particular en los niños, es la grasa parda.
Procesos de transferencia de calor ocurre de las siguientes maneras: radiación, convección, evaporación y conducción de calor.
La radiación se produce con la ayuda de la radiación infrarroja de onda larga. Esto requiere un gradiente de temperatura entre la piel caliente y las paredes frías y otros objetos. ambiente. Por lo tanto, la cantidad de radiación depende de la temperatura y la superficie de la piel.
La conductividad térmica se realiza con contacto directo del cuerpo con objetos (silla, cama, etc.). En este caso, la tasa de transferencia de calor de un cuerpo más caliente a un objeto menos caliente está determinada por el gradiente de temperatura y su conductividad térmica. La transferencia de calor de esta manera aumenta significativamente (14 veces) cuando una persona está en el agua. Parcialmente por conducción, el calor se transfiere desde los órganos internos a la superficie del cuerpo. Pero este proceso se inhibe debido a la baja conductividad térmica de la grasa.
trayectoria de convección El aire en contacto con la superficie del cuerpo, en presencia de un gradiente de temperatura, se calienta. Al mismo tiempo, se vuelve más ligero y, al salir del cuerpo, deja espacio para nuevas porciones de aire. Por lo tanto, quita algo del calor. La intensidad de la convección natural se puede aumentar mediante un movimiento adicional de aire, reduciendo los obstáculos cuando ingresa al cuerpo (ropa adecuada).
Evaporación del sudor. A temperatura ambiente en una persona desnuda, alrededor del 20% del calor se desprende por evaporación.
Conductividad térmica, la convección y la radiación son caminos pasivos de transferencia de calor basados en las leyes de la física. Son efectivos solo si se mantiene un gradiente de temperatura positivo. Cuanto menor es la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el ambiente, menos calor se emite. Con los mismos indicadores o a una temperatura ambiente alta, las formas mencionadas no solo son ineficaces, sino que el cuerpo se calienta. En estas condiciones, solo se activa un mecanismo de transferencia de calor en el cuerpo, asociado con los procesos de sudoración y sudoración. Aquí, se utilizan tanto leyes físicas (costes de energía para el proceso de evaporación) como biológicas (sudoración). El enfriamiento de la piel se ve facilitado por el hecho de que se consumen 0,58 kcal para evaporar 1 ml de sudor. si no pasa
evaporación del sudor, la eficiencia de la transferencia de calor se reduce drásticamente. METRO
La tasa de evaporación de Shotu depende del gradiente de temperatura y la saturación del aire circundante con vapor de agua. Cuanto mayor sea la humedad, menos eficiente se vuelve esta ruta de transferencia de calor. La eficacia de la transferencia de calor disminuye drásticamente cuando se está en el agua o con ropa ajustada. En este caso, el cuerpo se ve obligado a compensar la falta de sudoración aumentando la sudoración.
La evaporación tiene dos mecanismos: a) transpiración - sin la participación de las glándulas sudoríparas b) evaporación - con la participación activa de las glándulas sudoríparas.
Transpiración- evaporación del agua de la superficie de los pulmones, membranas mucosas, piel, que siempre está húmeda. Esta evaporación no está regulada, depende del gradiente de temperatura y humedad del aire circundante, su valor es de unos 600 ml/día. Cuanto mayor sea la humedad, menos eficiente será este tipo de transferencia de calor.
Mecanismo de secreción del sudor. La glándula sudorípara consta de dos partes: la glándula real, que se encuentra en la capa subdérmica, y los conductos excretores que se abren en la superficie de la piel. En la glándula, se forma un secreto primario, y en los conductos, debido a la reabsorción, se forma un secreto secundario: el sudor.
Secreto primario similar al plasma sanguíneo. La diferencia es que no hay proteínas ni glucosa en este secreto, hay menos Na+. Entonces, en el sudor inicial, la concentración de sodio es de aproximadamente 144 nmol / l, cloro - 104 nmol / l. Estos iones se absorben activamente durante el paso del sudor a través de los conductos excretores, lo que asegura la absorción de agua. El proceso de absorción depende en gran medida de la tasa de formación y promoción del sudor, ya que estos procesos están activos, cuanto más Na+ y Cl- quedan. Con sudoración intensa, hasta la mitad de la concentración de estos iones puede permanecer en el sudor. La sudoración intensa se acompaña de un aumento de la concentración de urea (hasta 4 veces superior a la plasmática) y de potasio (hasta 1,2 veces superior a la plasmática). La alta concentración total de iones, formando un alto nivel de presión osmótica, asegura una disminución de la reabsorción y la liberación de una gran cantidad de agua con el sudor.
Con sudoración fuerte, se puede gastar mucho NaCl (hasta 15-30 g / día). Sin embargo, existen mecanismos en el cuerpo que aseguran la preservación de estos iones importantes durante la sudoración intensa. Están involucrados en los procesos de adaptación, en particular, la aldosterona mejora la reabsorción de Na +.
Las funciones de las glándulas sudoríparas están reguladas por mecanismos especiales. Su actividad está influenciada por el sistema nervioso simpático, pero el mediador aquí es la acetilcolina. Las células secretoras, además de los receptores colinérgicos M, también tienen receptores adrenérgicos que responden a las catecolaminas sanguíneas. La activación de la función de las glándulas sudoríparas se acompaña de un aumento en su suministro de sangre.
La cantidad de sudor liberado puede alcanzar los 1,5 l/h, y en personas adaptadas, hasta 3 l/h.
A temperatura ambiente en una persona desnuda, alrededor del 60% del calor se emite debido a la radiación, alrededor del 12-15% - convección de aire, alrededor del 20% - evaporación, 2-5% - conductividad térmica. Pero esta relación depende de una serie de condiciones, en particular de la temperatura ambiente.
El papel principal en la regulación de los procesos de transferencia de calor lo desempeñan los cambios en el suministro de sangre a la piel. El estrechamiento de los vasos de la piel, la apertura de anastomosis arteriovenosas contribuye a una menor entrada de calor desde el núcleo a la cubierta y su conservación en el cuerpo. Por el contrario, con la expansión de los vasos de la piel, su temperatura puede aumentar entre 7 y 8 ° C. Al mismo tiempo, también aumenta la transferencia de calor.
Convencionalmente, la piel puede llamarse el sistema de radiadores del cuerpo. El flujo de sangre en la piel puede variar de 0 a 30% de la COI. El tono vascular de la piel está controlado por el sistema nervioso simpático.
Por lo tanto, la temperatura corporal es un equilibrio entre los procesos de producción y transferencia de calor. Cuando la producción de calor prevalece sobre la pérdida de calor, la temperatura corporal aumenta y, por el contrario, si la pérdida de calor es mayor que la producción de calor, la temperatura corporal disminuye.
TERMORREGULACIÓN Y SALUD
El área de habitación humana se extiende desde las zonas polares, donde la temperatura del aire a veces alcanza los -86°C, hasta las sabanas y desiertos ecuatoriales, ¡en las partes más cálidas de las cuales alcanza los +50°C a la sombra! Sin embargo, en un rango tan amplio de temperaturas, una persona conserva vitalidad activa y un rendimiento suficiente debido a su estabilidad térmica, cuando la temperatura corporal fluctúa dentro de límites relativamente estrechos, de 36 a 37 ° C.
Homeotermia - constancia de la temperatura corporal - hace que una persona sea independiente de las condiciones de temperatura de residencia, ya que las reacciones bioquímicas que aseguran su vida continúan realizándose en un nivel óptimo debido a la preservación de la actividad adecuada de las enzimas tisulares y las vitaminas que las proporcionan, catalizar y activar ciertos aspectos del metabolismo, hormonas tisulares, neurotransmisores y otras sustancias de las que depende el funcionamiento normal del organismo. El cambio de temperatura en una dirección u otra cambia bruscamente la actividad de estas sustancias, y en un grado diferente para cada una de ellas; como resultado, se produce una disociación en la actividad del flujo de aspectos individuales del metabolismo. En animales poiquilotérmicos, de sangre fría, cuya temperatura corporal está determinada por la temperatura ambiente (aumenta o disminuye junto con esta última), la actividad de sus enzimas tisulares como catalizadores biológicos cambia junto con cambios en las condiciones térmicas externas. Por eso, cuando baja la temperatura, el grado de manifestación de su actividad vital disminuye hasta detenerse por completo -la llamada animación suspendida-, y a una temperatura muy alta se produce o bien la muerte o bien la desecación, que en algunos de los poiquilotermos es también una especie de animación suspendida. Entonces, con un cambio en la temperatura externa, la actividad vital de algunos insectos (langosta) puede restablecerse tanto después de la congelación a la temperatura del nitrógeno líquido (–189 ° C) como después del secado. Se ha descrito un caso de resurgimiento, aunque a corto plazo, de un tritón gigante congelado en un glaciar, según los expertos, hace al menos unos 5000 años.
Así, la capacidad de mantener una temperatura corporal constante bajo diversas condiciones de existencia hace que los animales de sangre caliente sean independientes de las circunstancias de la naturaleza y capaces de mantener un alto nivel de viabilidad. Esta capacidad se debe a un complejo sistema de termorregulación, que garantiza una disminución de la producción de calor y su retorno activo en caso de peligro de sobrecalentamiento y activación de la termogénesis con transferencia de calor limitada, en caso de peligro de hipotermia.
Las estadísticas muestran que en Rusia, más del 40% de todos los casos de incapacidad temporal se deben a resfriados, lo que da motivos para que el profano considere que el sistema de termorregulación es imperfecto. Sin embargo, hay muchos hechos que apuntan a la alta resistencia natural de una persona a la acción de las bajas temperaturas. Así, los yoguis compiten a temperaturas inferiores a -20 °C en la velocidad de secar sábanas mojadas con el calor de sus cuerpos, sentados desnudos sobre el hielo de un lago helado. Nadar por nadadores especialmente entrenados a través del Estrecho de Bering desde Alaska hasta Chukotka (más de 40 km) a una temperatura del agua de +4°C - +6°C se ha vuelto tradicional. Los Yakuts frotan con nieve a los recién nacidos, y los Ostyaks y Tunguses los sumergen en la nieve, los rocían con agua fría y luego los envuelven en pieles de reno... En este caso, al parecer, habría que hablar más bien de la perversión de los perfectos mecanismos de La termorregulación humana está lejos de las condiciones que las formaron en la evolución de la vida de una persona moderna que de la imperfección de los mecanismos mismos.
Mientras que la mayoría de las funciones vitales -circulación sanguínea, respiración, digestión, etc.- tienen algún aparato estructural y funcional específico, la termorregulación no tiene tal órgano y es una función de todo el organismo en su conjunto.
De acuerdo con el esquema propuesto por I.P. Pavlov, un organismo de sangre caliente puede representarse como un "núcleo" relativamente termoestable y una "capa" con un amplio rango de temperatura. El núcleo, cuya temperatura oscila entre 36,8 y 37,5 °C, incluye principalmente órganos internos vitales: el corazón, el hígado, el estómago, los intestinos, etc. Particularmente digno de mención es el papel del hígado, que tiene una temperatura relativamente alta, por encima de 37,5 ° C, y el intestino grueso, cuya microflora, en el curso de su actividad vital, produce mucho calor, lo que mantiene la temperatura de tejidos adyacentes. La coraza termolábil está formada por extremidades, piel y tejidos subcutáneos, músculos, etc. La temperatura de las diferentes secciones del caparazón varía ampliamente. Por lo tanto, la temperatura de los dedos de los pies es de aproximadamente 24 °C, la temperatura de la articulación del tobillo es de 30 a 31 °C, la punta de la nariz es de 25 °C, la axila, el recto es de 36,5 a 36,9 °C, etc. Sin embargo, la temperatura del caparazón es muy móvil, lo que está determinado por las condiciones de actividad vital y el estado del cuerpo y, por lo tanto, su espesor puede variar desde muy delgado en calor hasta muy poderoso, comprimiendo el núcleo, en frío. Tales relaciones entre el núcleo y la envoltura se deben a que el primero produce predominantemente calor (en reposo), mientras que el segundo debe asegurar la conservación de este calor. Esto explica el hecho de que en las personas endurecidas, el caparazón en el frío envuelve el núcleo de manera rápida y confiable, manteniendo las condiciones óptimas para mantener la actividad de los órganos y sistemas vitales, mientras que en las personas no endurecidas, el caparazón permanece delgado incluso en estas condiciones. creando una amenaza de hipotermia del núcleo (por ejemplo, con una disminución de la temperatura de los pulmones de tan solo 0,5 °C, existe una amenaza de neumonía).
La estabilidad térmica del cuerpo es proporcionada principalmente por dos mecanismos complementarios de regulación: físico y químico. Termorregulación física Se activa principalmente cuando existe peligro de sobrecalentamiento y consiste en la cesión de calor al ambiente. Esto incluye todos los posibles mecanismos de transferencia de calor: radiación de calor, transferencia de calor, convección y evaporación. La radiación de calor se lleva a cabo debido a los rayos infrarrojos que emanan de la piel que tiene una temperatura alta. La conducción de calor se realiza debido a la diferencia de temperatura entre la piel y el aire circundante. El aumento de esta diferencia se debe a la hiperemia: la expansión de los vasos de la piel y la entrada de más sangre caliente de los órganos internos, por lo que el color de la piel se vuelve rosado con el calor. Al mismo tiempo, la eficiencia de la transferencia de calor está determinada por la conductividad térmica y la capacidad calorífica del entorno externo: por ejemplo, estos indicadores a las temperaturas correspondientes para el agua son de 20 a 27 veces más altos que para el aire. A partir de esto, queda claro por qué la temperatura del aire termoconfortable para una persona es de aproximadamente 18 ° C y el agua, de 34 ° C. La transferencia de calor por evaporación del sudor es muy eficaz, ya que cuando se evapora 1 ml de sudor de la superficie del cuerpo, el cuerpo pierde 0,56 kcal de calor. Si tenemos en cuenta que un adulto produce unos 800 ml de sudor incluso en condiciones de baja actividad física, entonces queda clara la eficacia de este método.
Bajo diversas condiciones de vida, la proporción de pérdida de calor de una forma u otra cambia notablemente. Así, en reposo y con una temperatura del aire óptima, el cuerpo pierde el 31 % del calor generado por conducción, el 44 % por radiación, el 22 % por evaporación (incluida la humedad de las vías respiratorias) y el 3 % por convección. Con un viento fuerte, aumenta el papel de la convección, con un aumento de la humedad del aire - conducción y con un mayor trabajo - evaporación (por ejemplo, con actividad física intensa, la evaporación del sudor a veces alcanza los 3-4 litros por hora).
La eficiencia de transferencia de calor del cuerpo es excepcionalmente alta. Los cálculos biofísicos muestran que una violación de estos mecanismos, incluso en una persona en reposo, conduciría a un aumento de la temperatura de su cuerpo dentro de una hora hasta 37,5 ° C, y después de 6 horas, hasta 46-48 ° C, cuando el comienza la destrucción irreversible de las estructuras proteicas.
Termorregulación química es de particular importancia cuando hay peligro de hipotermia. La pérdida de la cubierta de lana por parte de una persona en relación con los animales lo hizo especialmente sensible a la acción de las bajas temperaturas, como lo demuestra el hecho de que una persona tiene casi 30 veces más receptores de frío que de calor. Al mismo tiempo, la mejora de los mecanismos de adaptación al frío ha llevado a que una persona tolere mucho más fácilmente una disminución de la temperatura corporal que su aumento. Por lo tanto, los bebés toleran fácilmente una disminución de la temperatura corporal de 3 a 5 °C, pero es difícil tolerar un aumento de 1 a 2 °C. Un adulto sin ninguna consecuencia tolera la hipotermia hasta 33–34 ° C, pero pierde el conocimiento cuando se sobrecalienta desde fuentes externas hasta 38,6 ° C, aunque con fiebre por infección, puede mantener el conocimiento incluso a 42 ° C. Al mismo tiempo, se notaron casos de reactivación de personas congeladas, cuya temperatura de la piel cayó por debajo del punto de congelación.
La esencia de la termorregulación química es cambiar la actividad de los procesos metabólicos en el cuerpo: a una temperatura externa alta, disminuye y a una temperatura baja, aumenta. Los estudios muestran que con una disminución de la temperatura ambiente de 1°C en una persona desnuda y en reposo, la actividad metabólica aumenta en un 10%. (Sin embargo, la anestesia y los llamados antipsicóticos apagan los mecanismos reguladores superiores de la estabilidad térmica en los animales de sangre caliente los hace dependientes de la temperatura ambiente, y cuando su temperatura corporal se enfría a 32°C, su consumo de oxígeno disminuye a 50 %, a 20 ° C - hasta 20%, y cuando +1°С - hasta 1% del nivel inicial.)
De particular importancia para mantener la temperatura corporal es el tono de los músculos esqueléticos, que aumenta con la disminución de la temperatura ambiente y disminuye con el calentamiento. Es significativo que estos procesos pasan más activamente, más peligrosa es la violación amenazante de la estabilidad térmica. Por lo tanto, a una temperatura del aire de 25 a 28 °C (y especialmente en combinación con una humedad alta), los músculos están muy relajados y la energía térmica que reproducen es insignificante. Por el contrario, con el peligro de la hipotermia, el temblor se vuelve cada vez más importante: contracciones descoordinadas de las fibras musculares, cuando el trabajo mecánico externo está casi completamente ausente y casi toda la energía de las fibras que se contraen se transfiere a energía térmica(Este fenómeno se llama termogénesis sin escalofríos). No hay nada sorprendente, por lo tanto, en el hecho de que durante los escalofríos la producción de calor del cuerpo puede aumentar más de tres veces, y durante el trabajo físico extenuante, en 10 o más veces.
Los pulmones también juegan un papel indudable en la termorregulación química, que debido a los cambios en la actividad metabólica de las grasas hipercalóricas incluidas en su estructura, mantienen una temperatura relativamente constante, por lo que a una temperatura externa elevada la sangre que fluye desde el los pulmones es más frío y, a baja temperatura, es más cálido que el aire inhalado.
Los mecanismos físicos y químicos de la termorregulación funcionan con un alto grado de coordinación debido a la presencia en el sistema nervioso central del centro correspondiente en el diencéfalo (hipotálamo), por lo que a temperaturas ambiente elevadas, por un lado, aumenta la transferencia de calor. (debido a un aumento de la temperatura de la piel, evaporación del sudor, etc.), y por otro lado, disminuye la producción de calor (debido a una disminución del tono muscular, la transición a la absorción de productos menos energéticos por parte del cuerpo) ; a bajas temperaturas, por el contrario: la producción de calor aumenta y la transferencia de calor disminuye.
Así, los perfectos mecanismos de termorregulación humana permiten mantener una viabilidad óptima en un amplio rango de temperaturas externas.
termorregulación- Este es un proceso que asegura la capacidad del cuerpo para mantener la temperatura corporal en un cierto nivel, independientemente de la temperatura ambiente.
El centro termorregulador se puede excitar tanto humorísticamente (por la temperatura de la sangre que fluye a través de él) como reflexivamente (cuando los receptores de la piel se irritan por el calor o el frío). La excitación del centro termorregulador activa todos los mecanismos termorreguladores: la intensidad de los procesos oxidativos, el tono del músculo esquelético, las reacciones vasomotoras, la secreción de las glándulas sudoríparas, los movimientos respiratorios. La intensidad de los procesos oxidativos puede cambiar a través del sistema nervioso autónomo o cambiando la secreción de hormonas tiroideas y la médula suprarrenal. Los cambios en el trabajo muscular, la expansión o el estrechamiento de los vasos sanguíneos, la secreción de sudor, los cambios en los movimientos respiratorios se producen de forma refleja a través de los centros vasomotor, respiratorio y de sudoración.
Corteza
El centro termorregulador está, a su vez, bajo el control de la corteza cerebral. Si un animal está expuesto a un sobrecalentamiento en un determinado entorno y en él se producen las reacciones reguladoras correspondientes, después de un tiempo el entorno por sí solo (sin sobrecalentamiento) provocará en él las mismas reacciones que el sobrecalentamiento. Así, aquí hay una reacción refleja condicionada que ocurre con la participación de la corteza cerebral.
Los límites de temperatura de la vida son muy amplios. Las esporas de muchas bacterias pueden soportar un calentamiento de hasta 150 °, y algunas de ellas no pierden viabilidad a una temperatura cercana al cero absoluto. Por otro lado, algunos ciliados viven en las aguas termales de la isla de Ischia (Italia) a una temperatura de unos 85°. Todavía hay mucho que no se entiende bien aquí. Los peces, los insectos e incluso los mamíferos se pueden congelar y luego descongelar suavemente. Por ejemplo, las carpas se congelaron a 15 grados bajo cero y nuevamente, pudriéndose gradualmente, volvieron a la vida, pero congelar al menos un grado por debajo de 15 ya es desastroso para el animal. Sin embargo, también se sabe que cuando los espermatozoides se congelan a una temperatura cercana a -200°C y se almacenan durante mucho tiempo a esta temperatura, una parte importante de ellos conservan su viabilidad normal y su poder fertilizante.
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Mecanismos de transferencia de calor del cuerpo en condiciones de frío y calor ">
Mecanismos de transferencia de calor del cuerpo en condiciones de frío y calor: a) redistribución de sangre entre los vasos de los órganos internos y los vasos de la superficie de la piel; b) redistribución de la sangre en los vasos de la piel.
La termorregulación física apareció en etapas posteriores de la evolución. Sus mecanismos no afectan los procesos del metabolismo celular. Los mecanismos de termorregulación física se activan de forma refleja y, como cualquier mecanismo reflejo, tienen tres componentes principales. En primer lugar, estos son receptores que perciben los cambios de temperatura en el interior del cuerpo o del medio ambiente. El segundo eslabón es el centro de termorregulación. El tercer eslabón son los efectores que cambian los procesos de transferencia de calor, manteniendo la temperatura corporal a un nivel constante. En el cuerpo, a excepción de la glándula sudorípara, no existen efectores propios del mecanismo reflejo de la termorregulación física.
Importancia de la termorregulación física
La termorregulación física es la regulación de la transferencia de calor. Sus mecanismos aseguran el mantenimiento de la temperatura corporal a un nivel constante, tanto en condiciones en las que el cuerpo está amenazado de sobrecalentamiento como durante el enfriamiento.
La termorregulación física se lleva a cabo mediante cambios en la liberación de calor por parte del cuerpo. Adquiere particular importancia en el mantenimiento de una temperatura corporal constante durante la estancia del cuerpo en condiciones de temperatura ambiente elevada.
La transferencia de calor se lleva a cabo por radiación de calor (transferencia de calor por radiación), convección, es decir, movimiento y mezcla de aire calentado por el cuerpo, conducción de calor, es decir. disipación de calor por una sustancia en contacto con la superficie del cuerpo. La naturaleza de la transferencia de calor por el cuerpo varía según la intensidad del metabolismo.
La pérdida de calor se evita mediante la capa de aire inmóvil que se encuentra entre la ropa y la piel, ya que el aire es un mal conductor del calor. En gran medida, la capa de tejido graso subcutáneo impide la transferencia de calor debido a la baja conductividad térmica de la grasa.
Regulación de la temperatura
La temperatura de la piel y, por lo tanto, la intensidad de la radiación y la conducción del calor pueden cambiar en condiciones ambientales frías o calientes como resultado de la redistribución de la sangre en los vasos y con cambios en el volumen de sangre circulante.
En el frío, los vasos sanguíneos de la piel, principalmente las arteriolas, se contraen; más sangre ingresa a los vasos de la cavidad abdominal y, por lo tanto, la transferencia de calor es limitada. Las capas superficiales de la piel, al recibir sangre menos caliente, irradian menos calor, por lo que la transferencia de calor disminuye. Además, con un fuerte enfriamiento de la piel, se abren las anastomosis arteriovenosas, lo que reduce la cantidad de sangre que ingresa a los capilares y, por lo tanto, evita la transferencia de calor.
La redistribución de la sangre que ocurre en el frío, una disminución en la cantidad de sangre que circula por los vasos superficiales y un aumento en la cantidad de sangre que pasa por los vasos de los órganos internos, contribuye a la conservación del calor en los órganos internos. cuya temperatura se mantiene a un nivel constante.
Cuando la temperatura ambiente aumenta, los vasos de la piel se expanden, aumenta la cantidad de sangre que circula en ellos. El volumen de sangre que circula por todo el cuerpo también aumenta debido a la transferencia de agua de los tejidos a los vasos, y también porque el bazo y otros depósitos de sangre liberan sangre adicional a la circulación general. Un aumento en la cantidad de sangre que circula a través de los vasos superficiales del cuerpo promueve la transferencia de calor por radiación y convección. Para mantener una temperatura corporal constante a altas temperaturas ambientales, también es importante la sudoración, que se produce debido a la transferencia de calor en el proceso de evaporación del agua.
La temperatura corporal de los seres humanos y los animales superiores se mantiene a un nivel relativamente constante, a pesar de las fluctuaciones de la temperatura ambiente. Esta temperatura corporal constante se llama isotermas
La isoterma es característica solo de los llamados homoiotérmico, o de sangre caliente, animales y ausentes en poiquilotérmico, o de sangre fría, animales cuya temperatura corporal es variable y difiere poco de la temperatura ambiente.
La isotermia en el proceso de ontogénesis se desarrolla gradualmente. En un bebé recién nacido, la capacidad de mantener una temperatura corporal constante está lejos de ser perfecta. Como resultado, puede producirse un enfriamiento. (hipotermia) o sobrecalentamiento (hipertermia) cuerpo a temperaturas ambiente que no afecten a un adulto. Del mismo modo, incluso una pequeña cantidad de trabajo muscular, como el llanto prolongado de un niño, puede provocar un aumento de la temperatura corporal. El cuerpo de los bebés prematuros es aún menos capaz de mantener una temperatura corporal constante, que en ellos depende en gran medida de la temperatura del ambiente.
La generación de calor ocurre como resultado de reacciones exotérmicas que ocurren continuamente. Estas reacciones ocurren en todos los órganos y tejidos, pero con distinta intensidad. En los tejidos y órganos que realizan un trabajo activo (en tejido muscular, hígado, riñones) se libera más calor que en los menos activos (tejido conectivo, huesos, cartílago).
La pérdida de calor por órganos y tejidos depende en gran medida de su ubicación: los órganos situados superficialmente, como la piel, los músculos esqueléticos, emiten más calor y se enfrían con más fuerza que los órganos internos, que están más protegidos del enfriamiento.
La temperatura corporal de una persona sana es de 36,5-36,9 °C. El descanso y el sueño se reducen, y la actividad muscular eleva la temperatura corporal. La temperatura máxima se observa a las 16-18 h, la mínima, a las 3-4 h. Para los trabajadores que trabajan largos turnos de noche, las fluctuaciones de temperatura se pueden revertir.
La constancia de la temperatura corporal en una persona sólo se puede mantener si la generación de calor y la pérdida de calor de todo el organismo son iguales. Esto se logra a través de los mecanismos fisiológicos de termorregulación. se manifiesta como resultado de la interacción de los procesos de generación y transferencia de calor, regulados por mecanismos neuroendocrinos. La termorregulación se suele dividir en química y física.
Termorregulación química llevado a cabo cambiando el nivel de generación de calor, es decir, fortaleciendo o debilitando la intensidad del metabolismo en las células del cuerpo, y es importante para mantener una temperatura corporal constante tanto en condiciones normales como cuando la temperatura ambiente cambia.
La generación de calor más intensa en el cuerpo ocurre en los músculos. Incluso si una persona permanece inmóvil, pero sus músculos están tensos, la intensidad de los procesos oxidativos y, al mismo tiempo, la generación de calor aumentan en un 10%. Una pequeña actividad física conduce a un aumento en la generación de calor en un 50-80% y un trabajo muscular intenso en un 400-500%.
En condiciones de frío, aumenta la generación de calor en los músculos, incluso si la persona está inmóvil. Esto se debe a que el enfriamiento de la superficie del cuerpo, actuando sobre los receptores que perciben la irritación por frío, excita reflexivamente contracciones musculares involuntarias caóticas, que se manifiestan en forma de temblores (escalofríos). Al mismo tiempo, los procesos metabólicos del cuerpo se mejoran significativamente, aumenta el consumo de oxígeno y carbohidratos por parte del tejido muscular, lo que implica un aumento en la generación de calor. Incluso la agitación arbitraria aumenta la generación de calor en un 200 %. Si se introducen relajantes musculares en el cuerpo, sustancias que interrumpen la transmisión de los impulsos nerviosos del nervio al músculo y, por lo tanto, eliminan los temblores musculares reflejos, incluso con un aumento de la temperatura ambiente, la disminución de la temperatura corporal se produce mucho más rápido.
En termorregulación química Papel significativo el hígado y los riñones también juegan. La temperatura de la sangre de la vena hepática es más alta que la temperatura de la sangre de la arteria hepática, lo que indica una intensa generación de calor en este órgano. Cuando el cuerpo se enfría, aumenta la producción de calor en el hígado.
La liberación de energía en el cuerpo ocurre debido a la descomposición oxidativa de proteínas, grasas y carbohidratos; por lo tanto, todos los mecanismos que regulan los procesos oxidativos también regulan la generación de calor.
Termorregulación física llevado a cabo por cambios en la liberación de calor por parte del cuerpo. Adquiere particular importancia en el mantenimiento de una temperatura corporal constante durante la estancia del cuerpo en condiciones de temperatura ambiente elevada.
La transferencia de calor se lleva a cabo por radiación de calor (transferencia de calor por radiación), o convección, aquellos. movimiento y movimiento de aire caliente, conduccion de calor, aquellos. transferencia de calor a sustancias en contacto directo con la superficie del cuerpo, y evaporación de agua de la superficie de la piel y los pulmones.
En los humanos, en condiciones normales, la pérdida de calor por conducción es pequeña, ya que el aire y la ropa son malos conductores del calor. La radiación, la evaporación y la convección proceden con diferente intensidad dependiendo de la temperatura ambiente. En una persona en reposo a una temperatura del aire de unos 20 °C y una transferencia de calor total igual a 419 kJ (100 kcal) por hora, el 66 % se pierde con la ayuda de la radiación, el 19 % por evaporación del agua y el 15 % de la pérdida total de calor del cuerpo debido a la convección. Cuando la temperatura ambiente sube a 35 °C, la transferencia de calor por radiación y convección se vuelve imposible y la temperatura corporal se mantiene en un nivel constante únicamente por la evaporación del agua de la superficie de la piel y los alvéolos de los pulmones.
La ropa reduce la transferencia de calor. La pérdida de calor se evita mediante la capa de aire inmóvil que se encuentra entre la ropa y la piel, ya que el aire es un mal conductor del calor. Las propiedades de aislamiento térmico de la ropa son más altas, más fina es la estructura celular de su estructura, que contiene aire. Esto explica las buenas propiedades de aislamiento térmico de la ropa de lana y piel. La temperatura del aire debajo de la ropa es de 30°C. Por el contrario, un cuerpo desnudo pierde calor, ya que el aire de su superficie se renueva constantemente. Por tanto, la temperatura de la piel de las partes desnudas del cuerpo es mucho más baja que la de las vestidas.
En el frío, los vasos sanguíneos de la piel, principalmente las arteriolas, se estrechan: entra más sangre en los vasos de la cavidad abdominal y, por lo tanto, la transferencia de calor es limitada. Las capas superficiales de la piel, que reciben sangre menos caliente, irradian menos calor: la transferencia de calor disminuye. Con un fuerte enfriamiento de la piel, además, se produce la apertura de anastomosis arteriovenosas, lo que reduce la cantidad de sangre que ingresa a los capilares y, por lo tanto, evita la transferencia de calor.
La redistribución de la sangre que ocurre en el frío, una disminución en la cantidad de sangre que circula a través de los vasos superficiales y un aumento en la cantidad de sangre que pasa a través de los vasos de los órganos internos, contribuye a la conservación del calor en los órganos internos. .
Cuando la temperatura ambiente aumenta, los vasos de la piel se expanden, aumenta la cantidad de sangre que circula en ellos. El volumen de sangre que circula por todo el cuerpo también aumenta debido a la transferencia de agua de los tejidos a los vasos, y también porque el bazo y otros depósitos de sangre liberan sangre adicional a la circulación general. El aumento de la cantidad de sangre que circula por los vasos superficiales del cuerpo favorece la transferencia de calor por radiación y convección.
Para mantener constante la temperatura del cuerpo humano a una temperatura ambiente alta, la evaporación del sudor de la superficie de la piel es de primordial importancia, lo que depende de la humedad relativa del aire. En aire saturado con vapor de agua, el agua no puede evaporarse. Por lo tanto, a alta humedad del aire atmosférico, la alta temperatura es más difícil de tolerar que a baja humedad. En aire saturado con vapor de agua (por ejemplo, en un baño), el sudor se libera en en numeros grandes, pero no se evapora y drena de la piel. Tal sudoración no contribuye a la liberación de calor: sólo la parte del sudor que se evapora de la superficie de la piel es importante para la transferencia de calor (esta parte del sudor se llama transpiración eficiente).
La ropa impermeable al aire (goma, etc.), que impide la evaporación del sudor, se tolera mal: la capa de aire entre la ropa y el cuerpo se satura rápidamente de vapor y se detiene la evaporación del sudor.
Una persona no tolera una temperatura ambiente relativamente baja (32 ° C) en aire húmedo. En aire completamente seco, una persona puede permanecer sin sobrecalentamiento notable durante 2-3 horas a una temperatura de 50-55 ° C.
Dado que parte del agua es evaporada por los pulmones en forma de vapores que saturan el aire exhalado, la respiración también participa en el mantenimiento constante de la temperatura corporal. A una temperatura ambiente alta, el centro respiratorio se excita reflexivamente, a una temperatura baja se deprime, la respiración se vuelve menos profunda.
Así, la constancia de la temperatura corporal se mantiene mediante la acción conjunta, por un lado, de los mecanismos que regulan la intensidad del metabolismo y la generación de calor que depende del mismo (regulación química del calor), y por otro lado, la mecanismos que regulan la transferencia de calor (regulación física del calor) (Fig. 9.10) .
Arroz. 9.10.
Regulación isotérmica. Las reacciones reguladoras que mantienen una temperatura corporal constante son actos reflejos complejos que se producen en respuesta a la estimulación térmica de los receptores cutáneos, la piel y los vasos subcutáneos, así como del propio sistema nervioso central. Estos receptores que perciben el frío y el calor se denominan termorreceptores. A una temperatura ambiente relativamente constante, llegan impulsos rítmicos de los receptores del sistema nervioso central, reflejando su actividad tónica. La frecuencia de estos impulsos es máxima para los receptores de frío de la piel y los vasos de la piel a una temperatura de 20-30 °C, y para los receptores de calor de la piel, a una temperatura de 38-43 °C. Con un enfriamiento brusco de la piel, aumenta la frecuencia de los impulsos en los receptores de frío, y con un calentamiento rápido disminuye o se detiene. Los receptores térmicos reaccionan a las mismas caídas de temperatura de manera opuesta. Los receptores térmicos y de frío del SNC responden a los cambios en la temperatura de la sangre que fluye hacia los centros nerviosos (termorreceptores centrales). La mayor parte del calor es producido por los músculos esqueléticos y los órganos internos, que forman el núcleo, y la piel crea un caparazón destinado a retener o eliminar el calor del cuerpo (Fig. 9.11).
Arroz. 9.11.
El hipotálamo contiene los principales centros de termorregulación, que coordinan numerosos y complejos procesos que aseguran la conservación de la temperatura corporal a un nivel constante. Esto se demuestra por el hecho de que la destrucción del hipotálamo implica la pérdida de la capacidad de regular la temperatura corporal y hace que el animal sea poiquilotérmico, mientras que la eliminación de la corteza cerebral, el cuerpo estriado y el tálamo no afecta notablemente los procesos de generación de calor y calor. transferir.
En la implementación de la regulación hipotalámica de la temperatura corporal, están involucradas las glándulas endocrinas, principalmente la tiroides y las glándulas suprarrenales.
La participación de la glándula tiroides en la termorregulación está demostrada por el hecho de que la introducción en la sangre de un animal del suero sanguíneo de otro animal, que ha estado en el frío durante mucho tiempo, provoca un aumento en el metabolismo del primero. Este efecto se observa sólo cuando la glándula tiroides se conserva en el segundo animal. Obviamente, durante una estancia en condiciones de refrigeración, hay una mayor liberación en la sangre de la hormona tiroidea, lo que aumenta el metabolismo y, en consecuencia, la formación de calor.
La participación de las glándulas suprarrenales en la termorregulación se debe a la liberación de adrenalina en la sangre que, al potenciar los procesos oxidativos en los tejidos, en particular en los músculos, aumenta la generación de calor y contrae los vasos de la piel, lo que reduce la transferencia de calor. Por lo tanto, la adrenalina puede provocar un aumento de la temperatura corporal ( hipertermia de adrenalina).
Hipotermia e hipertermia. Si una persona está en condiciones de una temperatura ambiente significativamente mayor o menor durante mucho tiempo, entonces los mecanismos de termorregulación física y química del calor, por lo que la temperatura corporal permanece constante en condiciones normales, pueden ser insuficientes: hipotermia del cuerpo se produce o sobrecalentamiento - hipertermia.
Hipotermia - Estado en el que la temperatura corporal desciende por debajo de los 35 °C. La hipotermia ocurre más rápidamente cuando se sumerge en agua fría. En este caso, primero se observa la excitación del sistema nervioso simpático, se limita reflexivamente la transferencia de calor y se potencia la producción de calor. Este último se ve facilitado por la contracción muscular: temblores musculares. Después de un tiempo, la temperatura corporal aún comienza a disminuir. En este caso, se observa un estado similar a la anestesia: la desaparición de la sensibilidad, el debilitamiento de las reacciones reflejas y la disminución de la excitabilidad de los centros nerviosos. La intensidad del metabolismo disminuye bruscamente, la respiración se ralentiza, las contracciones del corazón se ralentizan, el gasto cardíaco disminuye, la presión arterial disminuye (a una temperatura corporal de 24-25 ° C, puede ser del 15 al 20% del original).
EN últimos años La hipotermia creada artificialmente con enfriamiento corporal a 24-28 ° C se usa en clínicas quirúrgicas que realizan operaciones del corazón y del sistema nervioso central. El significado de este evento es que la hipotermia reduce significativamente el metabolismo del cerebro y, en consecuencia, la necesidad de oxígeno en este órgano. Como resultado, se hace posible un sangrado más largo del cerebro (en lugar de 3-5 minutos a temperatura normal a 15-20 minutos a 25-28 ° C), lo que significa que durante la hipotermia, los pacientes toleran más fácilmente el cierre temporal de la actividad cardíaca. y paro respiratorio.
La crioterapia también se usa para algunas otras enfermedades.
Hipertermia - un estado en el que la temperatura corporal se eleva por encima de 37 ° C. Ocurre con la exposición prolongada a altas temperaturas ambientales, especialmente cuando el aire es húmedo y por lo tanto hay poca transpiración efectiva. La hipertermia también puede ocurrir bajo la influencia de algunos factores endógenos que aumentan la generación de calor en el cuerpo (tiroxina, ácidos grasos, etc.). La hipertermia aguda, en la que la temperatura corporal alcanza los 40-41 °C, se acompaña de un estado general grave del cuerpo y se denomina golpe de calor.
Tal cambio de temperatura debe distinguirse de la hipertermia, cuando las condiciones externas no cambian, pero se viola el proceso real de termorregulación. Un ejemplo de tal trastorno es la fiebre infecciosa. Una de las razones de su aparición es la alta sensibilidad de los centros hipotalámicos de regulación del intercambio de calor a ciertos compuestos químicos especialmente a las toxinas bacterianas.
Por lo tanto, el equilibrio de los factores responsables de la producción y transferencia de calor es el principal mecanismo de termorregulación.
preguntas y tareas
- 1. ¿Cuál es el papel de las proteínas en el cuerpo? ¿Cuál es la esencia de la regulación del metabolismo de las proteínas?
- 2. ¿Cuál es el papel de los carbohidratos en el cuerpo? ¿Cuál es la esencia de la regulación del metabolismo de los carbohidratos?
- 3. ¿Cuál es el papel de las grasas en el cuerpo? ¿Cuál es la esencia de la regulación del metabolismo de las grasas?
- 4. ¿Cuál es la importancia de las vitaminas en la vida humana?
- 5. El valor de la termorregulación física y química en el organismo. Explique la respuesta.
- 6. En los últimos años, la hipotermia creada artificialmente con enfriamiento corporal a 24-28 °C se ha utilizado en la práctica en clínicas quirúrgicas que realizan operaciones del corazón y del sistema nervioso central. ¿Cuál es el significado de este evento?