Temperatūros reguliavimas susideda iš šilumos gamybos (cheminė termoreguliacija) ir šilumos perdavimo (fizinė termoreguliacija) procesų koordinavimo.
Šilumos gamybos procesai. Visuose organuose dėl medžiagų apykaitos procesų susidaro šilumos gamyba. Todėl kraujas, ištekantis iš organų, paprastai turi aukštesnę temperatūrą nei įtekančio. Tačiau įvairių organų vaidmuo šilumos gamyboje yra skirtingas. Ramybės būsenoje kepenys sudaro apie 20% visos šilumos gamybos, kitiems vidaus organams - 56%, - 20%, fizinio krūvio metu griaučių raumenys - iki 90%, vidaus organams - tik 8%.
Taigi, galingas rezervinis šilumos gamybos šaltinis yra raumenys jų susitraukimo metu. Jų metabolizmo aktyvumo pokytis judėjimo metu yra pagrindinis šilumos gamybos mechanizmas. Tarp įvairių judėjimų galima išskirti kelis raumenų dalyvavimo šilumos gamyboje etapus.
1. Termoreguliacinis tonas. Tokiu atveju raumenys nesusitraukia. Padidėja tik jų tonusas ir medžiagų apykaita. Šis tonusas dažniausiai pasireiškia kaklo, liemens ir galūnių raumenyse. Dėl to šilumos gamyba padidėja 50-100%.
2. Drebulys atsiranda nesąmoningai ir susideda iš periodinio aukšto slenksčio motorinių vienetų veiklos termoreguliacinio tono fone. Drebėjimo metu visa energija nukreipiama tik į šilumos susidarymą, o įprasto judėjimo metu dalis energijos išleidžiama atitinkamos galūnės judėjimui, o dalis - termogenezei. Su drebėjimu šilumos gamyba padidėja 2-3 kartus. Drebulys dažnai prasideda nuo kaklo, veido raumenų. Taip yra dėl to, kad pirmiausia turėtų pakilti į smegenis tekančio kraujo temperatūra.
3. Savavališki susitraukimai susideda iš sąmoningo raumenų susitraukimo padidėjimo. Tai pastebima esant žemai išorinei temperatūrai, kai pirmųjų dviejų etapų nepakanka. Savavališkai susitraukus šilumos gamyba gali padidėti 10-20 kartų.
Šilumos gamybos reguliavimas raumenyse vyksta dėl a-motoneuronų įtakos funkcijai ir medžiagų apykaitai / raumenys, kituose audiniuose - simpatiniai nervų sistema ir katecholaminų (50 proc. padidina medžiagų apykaitos intensyvumą) ir hormonų, ypač tiroksino, veikimą, kuris beveik padvigubina šilumos gamybą.
Svarbų vaidmenį termogenezėje atlieka lipidai, kurie hidrolizės metu išskiria daug daugiau energijos (9,3 kcal/g) nei angliavandeniai (4,1 kcal/g). Ypač svarbūs yra rudieji riebalai, ypač vaikams.
Šilumos perdavimo procesai vyksta tokiais būdais – spinduliavimu, konvekcija, garavimu ir šilumos laidumu.
Spinduliuotė atsiranda infraraudonųjų ilgųjų bangų spinduliuotės pagalba. Tam reikia temperatūros gradiento tarp šiltos odos ir šaltų sienų bei kitų objektų. aplinką. Taigi, spinduliuotės kiekis priklauso nuo temperatūros ir odos paviršiaus.
Šilumos laidumas atliekamas tiesiogiai liečiant kūną su daiktais (kėde, lova ir kt.). Šiuo atveju šilumos perdavimo greitį iš labiau šildomo kūno į mažiau šildomą objektą lemia temperatūros gradientas ir jų šilumos laidumas. Šilumos perdavimas tokiu būdu žymiai padidėja (14 kartų), kai žmogus yra vandenyje. Iš dalies laidumo būdu šiluma perduodama iš vidaus organų į kūno paviršių. Tačiau šis procesas stabdomas dėl mažo riebalų šilumos laidumo.
konvekcinis kelias. Oras, besiliečiantis su kūno paviršiumi, esant temperatūros gradientui, įkaista. Tuo pačiu metu jis tampa lengvesnis ir, pakilęs nuo kūno, suteikia vietos naujoms oro porcijoms. Taigi jis atima dalį šilumos. Natūralios konvekcijos intensyvumą galima padidinti papildomu oro judėjimu, sumažinant kliūtis jam patekus į kūną (tinkama apranga).
Prakaito išgarinimas. Kambario temperatūroje nenusirengusiam žmogui apie 20% šilumos išsiskiria išgaruojant.
Šilumos laidumas, konvekcija ir spinduliuotė yra pasyvūs šilumos perdavimo keliai, pagrįsti fizikos dėsniais. Jie yra veiksmingi tik tada, kai palaikomas teigiamas temperatūros gradientas. Kuo mažesnis temperatūrų skirtumas tarp kūno ir aplinkos, tuo mažiau šilumos išsiskiria. Esant tokiems patiems indikatoriams arba esant aukštai aplinkos temperatūrai, minėti būdai ne tik neveiksmingi, bet ir kūnas įkaista. Tokiomis sąlygomis organizme įsijungia tik vienas šilumos perdavimo mechanizmas, susijęs su prakaitavimo ir prakaitavimo procesais. Čia naudojami ir fizikiniai dėsniai (energijos sąnaudos garavimo procesui), ir biologiniai (prakaitavimas). Odos vėsinimą palengvina tai, kad 1 ml prakaito išgarinti sunaudojama 0,58 kcal. Jei nevyksta
prakaito išgaravimas, šilumos perdavimo efektyvumas smarkiai sumažėja. M
Shotu garavimo greitis priklauso nuo temperatūros gradiento ir supančio oro prisotinimo vandens garais. Kuo didesnis drėgnumas, tuo mažiau efektyvus šis šilumos perdavimo kelias. Šilumos perdavimo efektyvumas smarkiai sumažėja, kai yra vandenyje arba aptemptuose drabužiuose. Tokiu atveju organizmas priverstas prakaitavimo trūkumą kompensuoti padidindamas prakaitavimą.
Garinimas turi du mechanizmus: a) prakaitavimas – nedalyvaujant prakaito liaukoms b) garavimas – aktyviai dalyvaujant prakaito liaukoms.
Prakaitavimas- vandens išgaravimas nuo plaučių paviršiaus, gleivinės, odos, kuri visada būna drėgna. Šis garavimas nereguliuojamas, priklauso nuo aplinkos oro temperatūros gradiento ir drėgmės, jo vertė apie 600 ml/d. Kuo didesnė drėgmė, tuo mažiau efektyvus šis šilumos perdavimas.
Prakaito išsiskyrimo mechanizmas. Prakaito liauka susideda iš dviejų dalių: tikrosios liaukos, esančios poodiniame sluoksnyje, ir išskyrimo kanalų, kurie atsiveria odos paviršiuje. Liaukoje susidaro pirminė paslaptis, o latakuose dėl reabsorbcijos susidaro antrinė paslaptis – prakaitas.
Pirminė paslaptis, panaši į kraujo plazmą. Skirtumas tas, kad šioje paslaptyje nėra baltymų ir gliukozės, yra mažiau Na +. Taigi, pradiniame prakaite natrio koncentracija yra apie 144 nmol / l, chloro - 104 nmol / l. Šie jonai aktyviai absorbuojami prakaitui praeinant šalinimo kanalais, o tai užtikrina vandens absorbciją. Absorbcijos procesas labai priklauso nuo prakaito susidarymo ir skatinimo greičio, kad šie procesai yra aktyvūs, tuo daugiau Na + ir Cl lieka. Stipriai prakaituojant, prakaite gali likti iki pusės šių jonų koncentracijos. Stiprų prakaitavimą lydi karbamido (iki 4 kartų didesnis nei plazmoje) ir kalio (iki 1,2 karto didesnis nei plazmoje) koncentracijos padidėjimas. Bendra didelė jonų koncentracija, sudaranti aukštą osmosinio slėgio lygį, užtikrina reabsorbcijos sumažėjimą ir didelio vandens kiekio išsiskyrimą su prakaitu.
Stipriai prakaituojant galima išleisti daug NaCl (iki 15-30 g per dieną). Tačiau organizme veikia mechanizmai, užtikrinantys šių svarbių jonų išsaugojimą gausaus prakaitavimo metu. Jie dalyvauja adaptacijos procesuose, ypač aldosteronas padidina Na + reabsorbciją.
Prakaito liaukų funkcijos reguliuojamos specialiais mechanizmais. Jų veiklai įtakos turi simpatinė nervų sistema, tačiau tarpininkas čia yra acetilcholinas. Sekretorinės ląstelės, be M-cholinerginių receptorių, turi ir adrenoreceptorių, kurie reaguoja į kraujo katecholaminus. Suaktyvėjus prakaito liaukų funkcijai, padidėja jo aprūpinimas krauju.
Išsiskiriančio prakaito kiekis gali siekti 1,5 l/val., o prisitaikiusiems žmonėms – iki 3 l/val.
Kambario temperatūroje nuogam žmogui apie 60% šilumos išsiskiria dėl radiacijos, apie 12-15% - oro konvekcija, apie 20% - garavimas, 2-5% - šilumos laidumas. Tačiau šis santykis priklauso nuo daugelio sąlygų, ypač nuo aplinkos temperatūros.
Pagrindinį vaidmenį reguliuojant šilumos perdavimo procesus atlieka odos aprūpinimo krauju pokyčiai. Odos kraujagyslių susiaurėjimas, arterioveninių anastomozių atsivėrimas prisideda prie mažesnio šilumos antplūdžio iš šerdies į apvalkalą ir jos išsaugojimo organizme. Priešingai, plečiantis odos indams, jo temperatūra gali pakilti 7-8 ° C. Tuo pačiu metu padidėja ir šilumos perdavimas.
Tradiciškai oda gali būti vadinama kūno radiatorių sistema. Kraujo tekėjimas odoje gali svyruoti nuo 0 iki 30% IOC. Odos kraujagyslių tonusą kontroliuoja simpatinė nervų sistema.
Taigi kūno temperatūra yra šilumos gamybos ir šilumos perdavimo procesų pusiausvyra. Kai šilumos gamybai vyrauja šilumos nuostoliai, kūno temperatūra pakyla ir, atvirkščiai, jei šilumos nuostoliai yra didesni nei šilumos gamyba, kūno temperatūra mažėja.
TERMOREGULIACIJA IR SVEIKATA
Žmonių gyvenamasis plotas tęsiasi nuo poliarinių zonų, kur oro temperatūra kartais siekia -86°C, iki pusiaujo savanų ir dykumų, kurių karščiausiose vietose pavėsyje priartėja prie +50°C! Nepaisant to, tokiame plačiame temperatūrų diapazone žmogus išsaugo aktyvų gyvybingumą ir pakankamą darbingumą dėl savo terminio stabilumo, kai kūno temperatūra svyruoja gana siaurose ribose - nuo 36 iki 37 ° C.
Homeotermija - kūno temperatūros pastovumas - daro žmogų nepriklausomą nuo gyvenamosios vietos temperatūros sąlygų, nes biocheminės reakcijos, užtikrinančios jo gyvenimą, ir toliau vyksta optimaliu lygiu, nes išsaugomas tinkamas audinių fermentų ir juos aprūpinančių vitaminų aktyvumas; katalizuoja ir aktyvina tam tikrus metabolizmo aspektus, audinių hormonus, neuromediatorius ir kitas medžiagas, nuo kurių priklauso normali organizmo veikla. Temperatūros poslinkis viena ar kita kryptimi staigiai keičia šių medžiagų aktyvumą ir kiekvienos iš jų skirtingu mastu – dėl to atskirų medžiagų apykaitos aspektų srauto veikloje įvyksta disociacija. Poikiloterminių, šaltakraujų gyvūnų, kurių kūno temperatūrą lemia aplinkos temperatūra (didėja arba mažėja kartu su pastarąja), jų audinių fermentų, kaip biologinių katalizatorių, aktyvumas kinta kartu su išorinių šiluminių sąlygų pasikeitimu. Štai kodėl, nukritus temperatūrai, jų gyvybinės veiklos pasireiškimo laipsnis sumažėja iki visiško sustojimo - vadinamoji sustabdyta animacija, o esant labai aukštai temperatūrai, įvyksta mirtis arba išdžiūvimas, o tai kai kuriose poikilotermijose. taip pat yra savotiška sustabdyta animacija. Taigi, pasikeitus išorinei temperatūrai, kai kurių vabzdžių (skėrių) gyvybinė veikla gali būti atkurta tiek užšaldžius iki skysto azoto temperatūros (–189 °C), tiek išdžiovinus. Aprašytas atvejis, kai, pasak ekspertų, atgijo, nors ir trumpalaikis, ledynuose sušalęs milžiniškas tritonas, mažiausiai prieš maždaug 5000 metų.
Taigi gebėjimas palaikyti pastovią kūno temperatūrą įvairiomis egzistavimo sąlygomis daro šiltakraujus gyvūnus nepriklausomus nuo gamtos aplinkybių ir galinčius išlaikyti aukštą gyvybingumo lygį. Šis gebėjimas atsiranda dėl sudėtingos termoreguliacijos sistemos, kuri užtikrina šilumos gamybos sumažėjimą ir aktyvų jos grąžinimą esant perkaitimo pavojui ir suaktyvinus termogenezę esant ribotam šilumos perdavimui - esant hipotermijos pavojui.
Statistika rodo, kad Rusijoje daugiau nei 40% visų laikino negalios atvejų atsiranda dėl peršalimo, o tai leidžia pasauliečiui laikyti termoreguliacijos sistemą netobula. Tačiau yra daug faktų, rodančių didelį natūralų žmogaus atsparumą žemos temperatūros poveikiui. Taigi, jogai, sėdėdami nuogi ant užšalusio ežero ledo, konkuruoja žemesnėje nei -20 ° C temperatūroje šlapių paklodžių džiovinimo greičiu su savo kūno šiluma. Specialiai apmokytų plaukikų plaukimas per Beringo sąsiaurį nuo Aliaskos iki Čiukotkos (daugiau nei 40 km), esant +4°C - +6°C vandens temperatūrai, tapo tradiciniu. Jakutai naujagimius trina sniegu, o ostikakai ir tungusai panardina į sniegą, aplieja šaltu vandeniu, o paskui apvynioja šiaurės elnių kailiais... Šiuo atveju, matyt, verčiau reikėtų kalbėti apie tobulų gijimo mechanizmų iškrypimą. žmogaus termoreguliacija toli gražu ne sąlygos, kurios suformavo jas šiuolaikinio žmogaus evoliuciniame gyvenime, nei apie pačių mechanizmų netobulumą.
Nors dauguma gyvybinių funkcijų – kraujotaka, kvėpavimas, virškinimas ir kt. – turi kažkokį specifinį struktūrinį ir funkcinį aparatą, termoreguliacija tokio organo neturi ir yra viso organizmo kaip visumos funkcija.
Pagal I. P. Pavlovo pasiūlytą schemą šiltakraujis organizmas gali būti pavaizduotas kaip santykinai termostabilus „šerdis“ ir „apvalkalas“, turintis platų temperatūros diapazoną. Šerdį, kurios temperatūra svyruoja nuo 36,8 iki 37,5 ° C, daugiausia sudaro gyvybiškai svarbūs vidaus organai: širdis, kepenys, skrandis, žarnynas ir kt. Ypač vertas dėmesio kepenų, kurių temperatūra yra gana aukšta – aukštesnė nei 37,5 °C, ir storosios žarnos, kurios mikroflora savo gyvybinės veiklos metu gamina daug šilumos, kuri palaiko kūno temperatūrą. gretimuose audiniuose. Termolabilus apvalkalas susideda iš galūnių, odos ir poodinių audinių, raumenų ir kt. Įvairių apvalkalo dalių temperatūra labai skiriasi. Taigi kojų pirštų temperatūra – apie 24°C, čiurnos sąnario – 30–31°C, nosies galiuko – 25°C, pažasties, tiesiosios žarnos – 36,5–36,9°C ir kt. Tačiau apvalkalo temperatūra yra labai judri, tai lemia gyvybinės veiklos sąlygos ir organizmo būklė, todėl jo storis gali svyruoti nuo labai plono karščio iki labai galingo, suspaudžiančio šerdį - šaltyje. Tokie ryšiai tarp šerdies ir apvalkalo atsiranda dėl to, kad pirmasis daugiausia gamina šilumą (ramybės būsenoje), o antrasis turi užtikrinti šios šilumos išsaugojimą. Tai paaiškina faktą, kad užkietėjusių žmonių apvalkalas šaltyje greitai ir patikimai apgaubia šerdį, palaikydamas optimalias sąlygas gyvybiškai svarbių organų ir sistemų veiklai palaikyti, o neužkietėjusių žmonių apvalkalas net ir tokiomis sąlygomis išlieka plonas. sukeldamas šerdies hipotermijos grėsmę (pavyzdžiui, sumažėjus plaučių temperatūrai vos 0,5°C, kyla plaučių uždegimo grėsmė).
Kūno šiluminį stabilumą daugiausia užtikrina du vienas kitą papildantys reguliavimo mechanizmai – fizinis ir cheminis. Fizinė termoreguliacija Jis daugiausia suaktyvinamas, kai yra perkaitimo pavojus ir susideda iš šilumos perdavimo aplinkai. Tai apima visus galimus šilumos perdavimo mechanizmus: šilumos spinduliavimą, šilumos perdavimą, konvekciją ir garavimą. Šilumos spinduliavimas vyksta dėl infraraudonųjų spindulių, sklindančių iš aukštos temperatūros odos. Šilumos laidumas realizuojamas dėl temperatūros skirtumo tarp odos ir aplinkinio oro. Šio skirtumo padidėjimą lemia hiperemija – odos kraujagyslių išsiplėtimas ir daugiau šilto kraujo pritekėjimas iš vidaus organų, todėl per karščius odos spalva tampa rausva. Tuo pačiu šilumos perdavimo efektyvumą lemia išorinės aplinkos šilumos laidumas ir šiluminė talpa: pavyzdžiui, šie rodikliai esant atitinkamoms vandens temperatūroms yra 20–27 kartus didesni nei oro. Iš to tampa aišku, kodėl žmogui termokomfortiška oro temperatūra yra apie 18 °C, o vandens – 34 °C. Šilumos perdavimas dėl prakaito išgaravimo yra labai efektyvus, nes nuo kūno paviršiaus išgaravus 1 ml prakaito, organizmas netenka 0,56 kcal šilumos. Jei atsižvelgsime į tai, kad net esant mažam fiziniam aktyvumui suaugęs žmogus išskiria apie 800 ml prakaito, tai šio metodo efektyvumas tampa aiškus.
Įvairiomis gyvenimo sąlygomis šilumos nuostolių santykis vienaip ar kitaip pastebimai keičiasi. Taigi, ramybės būsenoje ir esant optimaliai oro temperatūrai, organizmas praranda 31% šilumos laidumo, 44% spinduliavimo, 22% išgaravimo (įskaitant dėl drėgmės iš kvėpavimo takų) ir 3% konvekcijos būdu. Pučiant stipriam vėjui, didėja konvekcijos vaidmuo, padidėjus oro drėgmei – laidumas, o dirbant – garavimas (pavyzdžiui, esant intensyviam fiziniam krūviui, prakaito išgaravimas kartais siekia 3-4 litrus per valandą!).
Kūno šilumos perdavimo efektyvumas yra išskirtinai didelis. Biofizikiniai skaičiavimai rodo, kad pažeidus šiuos mechanizmus net ir ramybės būsenoje, kūno temperatūra per valandą pakiltų iki 37,5 °C, o po 6 valandų – iki 46–48 °C, kai prasideda negrįžtamas baltymų struktūrų irimas.
Cheminė termoreguliacija yra ypač svarbu, kai yra hipotermijos pavojus. Žmogaus vilnonio užvalkalo praradimas, palyginti su gyvūnais, padarė jį ypač jautrų žemos temperatūros poveikiui, ką liudija faktas, kad žmogus turi beveik 30 kartų daugiau šalčio nei šilumos receptorių. Kartu tobulėjant prisitaikymo prie šalčio mechanizmams, žmogus daug lengviau toleruoja kūno temperatūros sumažėjimą nei jos padidėjimą. Taigi kūdikiai lengvai toleruoja kūno temperatūros sumažėjimą 3–5 ° C, tačiau sunku toleruoti 1–2 ° C padidėjimą. Suaugęs žmogus be jokių pasekmių toleruoja hipotermiją iki 33–34 °C, tačiau perkaitęs nuo išorinių šaltinių iki 38,6 °C, praranda sąmonę, nors karščiuojant nuo infekcijos, sąmonę gali išlaikyti net esant 42 °C. Tuo pačiu metu buvo pastebėti sušalusių žmonių atgimimo atvejai, kurių odos temperatūra nukrito žemiau užšalimo taško.
Cheminės termoreguliacijos esmė – keisti medžiagų apykaitos procesų aktyvumą organizme: esant aukštai išorės temperatūrai, ji mažėja, o esant žemai – didėja. Tyrimai rodo, kad nuogam žmogui ramybės būsenoje sumažėjus aplinkos temperatūrai 1 °C, medžiagų apykaitos aktyvumas padidėja 10%. (Tačiau anestezija ir vadinamieji antipsichoziniai vaistai išjungia aukštesnius šiltakraujų gyvūnų terminio stabilumo reguliavimo mechanizmus daro juos priklausomus nuo aplinkos temperatūros, o kai jų kūno temperatūra atšaldoma iki 32 °C, deguonies suvartojimas sumažėja iki 50 %, esant 20°C – iki 20%, o kai +1°С – iki 1% pradinio lygio.)
Ypatingą reikšmę kūno temperatūrai palaikyti turi griaučių raumenų tonusas, kuris didėja mažėjant aplinkos temperatūrai ir mažėja šylant. Svarbu, kad šie procesai vyksta aktyviau, tuo pavojingesnis grėsmingas terminio stabilumo pažeidimas. Taigi, esant 25–28°C oro temperatūrai (ir ypač esant didelei drėgmei), raumenys iš esmės atsipalaiduoja, o jų atkuriama šiluminė energija yra nereikšminga. Priešingai, esant hipotermijos pavojui, vis svarbesnis tampa drebulys – nekoordinuoti raumenų skaidulų susitraukimai, kai beveik visiškai nevyksta išorinis mechaninis darbas ir beveik visa susitraukiančių skaidulų energija perduodama šiluminė energija(Šis reiškinys vadinamas nedrebinančia termogeneze). Todėl nieko stebėtino, kad drebėjimo metu kūno šilumos gamyba gali padidėti daugiau nei tris kartus, o dirbant sunkų fizinį darbą – 10 ir daugiau kartų.
Plaučiai taip pat atlieka neabejotiną vaidmenį cheminėje termoreguliacijoje, kuri, pasikeitus jų struktūroje esančių kaloringų riebalų metaboliniam aktyvumui, palaiko santykinai pastovią temperatūrą, todėl esant aukštai išorinei temperatūrai kraujas, tekantis iš plaučiai yra vėsesni, o esant žemai temperatūrai – šiltesni nei įkvepiamas oras.
Fiziniai ir cheminiai termoreguliacijos mechanizmai veikia labai koordinuotai dėl to, kad centrinėje nervų sistemoje yra atitinkamas centras, esantis diencephalone (pagumburyje), todėl esant aukštai aplinkos temperatūrai, viena vertus, padidėja šilumos perdavimas. (dėl odos temperatūros padidėjimo, prakaito išgaravimo ir kt.), o kita vertus, mažėja šilumos gamyba (dėl raumenų tonuso sumažėjimo pereina prie mažiau energijos turinčių produktų pasisavinimo organizme) ; esant žemai temperatūrai, priešingai: padidėja šilumos gamyba ir sumažėja šilumos perdavimas.
Taigi tobuli žmogaus termoreguliacijos mechanizmai leidžia išlaikyti optimalų gyvybingumą įvairiuose išorinių temperatūrų diapazonuose.
termoreguliacija– Tai procesas, užtikrinantis organizmo gebėjimą palaikyti kūno temperatūrą tam tikrame lygyje, nepriklausomai nuo aplinkos temperatūros.
Termoreguliacijos centras gali būti sujaudintas tiek humoraliniu būdu (juo tekančio kraujo temperatūra), tiek refleksiškai (kai odos receptorius dirgina karštis ar šaltis). Termoreguliacijos centro sužadinimas suaktyvina visus šilumos reguliavimo mechanizmus: oksidacinių procesų intensyvumą, griaučių raumenų tonusą, vazomotorines reakcijas, prakaito liaukų sekreciją, kvėpavimo judesius. Oksidacinių procesų intensyvumas gali keistis arba per autonominę nervų sistemą, arba keičiantis skydliaukės hormonų sekrecijai ir antinksčių smegenims. Raumenų darbo pokyčiai, kraujagyslių išsiplėtimas ar susiaurėjimas, prakaito išsiskyrimas, kvėpavimo judesių pokyčiai vyksta refleksiškai per vazomotorinius, kvėpavimo ir prakaitavimo centrus.
Žievė
Termoreguliacijos centras, savo ruožtu, yra kontroliuojamas smegenų žievės. Jei gyvūnas tam tikroje aplinkoje yra perkaitęs ir jame įvyksta atitinkamos reguliavimo reakcijos, tai po kurio laiko vien aplinka (be perkaitimo) sukels jame tokias pačias reakcijas kaip ir perkaitimas. Taigi čia yra sąlyginė refleksinė reakcija, kuri atsiranda dalyvaujant smegenų žievei.
Gyvybės temperatūros ribos yra labai plačios. Daugelio bakterijų sporos gali atlaikyti kaitinimą iki 150 °, o kai kurios iš jų nepraranda gyvybingumo esant temperatūrai, artimai absoliučiam nuliui. Kita vertus, kai kurie blakstienas gyvena Iskijos salos (Italija) karštuosiuose šaltiniuose, kurių temperatūra yra apie 85 °. Čia dar daug kas nėra gerai suprasta. Žuvis, vabzdžius ir net žinduolius galima užšaldyti ir tada švelniai atšildyti. Pavyzdžiui, karpiai buvo sušalę iki 15 laipsnių šalčio ir vėl pamažu pūvantys, atgaivinami, tačiau sušalus bent vienu laipsniu žemiau 15, gyvūnui jau pražūtinga. Tačiau taip pat žinoma, kad spermatozoidus užšaldžius iki artimos minus 200°C temperatūros ir ilgą laiką laikant šioje temperatūroje, nemaža jų dalis išsaugo įprastą gyvybingumą ir apvaisinimo galią.
Šiame puslapyje medžiaga šiomis temomis:
Kūno šilumos perdavimo mechanizmai šalčio ir karščio sąlygomis ">
Kūno šilumos perdavimo mechanizmai šalčio ir karščio sąlygomis: a) kraujo persiskirstymas tarp vidaus organų kraujagyslių ir odos paviršiaus kraujagyslių; b) kraujo persiskirstymas odos kraujagyslėse.
Fizinė termoreguliacija atsirado vėlesniuose evoliucijos etapuose. Jo mechanizmai neturi įtakos ląstelių metabolizmo procesams. Fizinės termoreguliacijos mechanizmai aktyvuojami refleksiškai ir, kaip ir bet kuris refleksinis mechanizmas, turi tris pagrindinius komponentus. Pirma, tai yra receptoriai, kurie suvokia temperatūros pokyčius kūno viduje arba aplinkoje. Antroji grandis yra termoreguliacijos centras. Trečioji grandis – efektoriai, keičiantys šilumos perdavimo procesus, palaikantys pastovią kūno temperatūrą. Kūne, išskyrus prakaito liauką, nėra savo refleksinio fizinės termoreguliacijos mechanizmo efektorių.
Fizinės termoreguliacijos svarba
Fizinė termoreguliacija yra šilumos perdavimo reguliavimas. Jo mechanizmai užtikrina pastovaus kūno temperatūros palaikymą tiek sąlygomis, kai kūnui gresia perkaitimas, tiek vėsinimo metu.
Fizinė termoreguliacija atliekama keičiantis kūno šilumos išsiskyrimui. Ypatingą reikšmę jis įgyja palaikant pastovią kūno temperatūrą organizmui esant aukštai aplinkos temperatūrai.
Šilumos perdavimas vykdomas šilumos spinduliavimu (radiaciniu šilumos perdavimu), konvekcija, t.y., kūno šildomo oro judėjimu ir maišymu, šilumos laidumu, t.y. šilumos išsklaidymo medžiaga, besiliečianti su kūno paviršiumi. Kūno šilumos perdavimo pobūdis skiriasi priklausomai nuo medžiagų apykaitos intensyvumo.
Šilumos nuostolius neleidžia tarp drabužių ir odos esantis ramaus oro sluoksnis, nes oras yra prastas šilumos laidininkas. Didele dalimi poodinio riebalinio audinio sluoksnis trukdo šilumos perdavimui dėl mažo riebalų šilumos laidumo.
Temperatūros reguliavimas
Odos temperatūra, taigi ir šilumos spinduliavimo bei šilumos laidumo intensyvumas, gali keistis esant šaltai ar karštai aplinkos sąlygoms dėl kraujo persiskirstymo kraujagyslėse ir kintant cirkuliuojančio kraujo tūriui.
Šaltyje susitraukia odos kraujagyslės, daugiausia arteriolės; daugiau kraujo patenka į pilvo ertmės kraujagysles ir taip apribojamas šilumos perdavimas. Paviršiniai odos sluoksniai, gaudami mažiau šilto kraujo, mažiau spinduliuoja šilumos, todėl sumažėja šilumos perdavimas. Be to, stipriai aušinant odai, atsiveria arterioveninės anastomozės, dėl kurių sumažėja į kapiliarus patenkančio kraujo kiekis ir taip užkertamas kelias šilumos perdavimui.
Šaltyje vykstantis kraujo persiskirstymas – sumažėja paviršiniais kraujagyslėmis cirkuliuojančio kraujo kiekis ir padidėja vidaus organų kraujagyslėmis praeinančio kraujo kiekis – prisideda prie šilumos išsaugojimo vidaus organuose, kurios temperatūra palaikoma pastoviu lygiu.
Kylant aplinkos temperatūrai plečiasi odos kraujagyslės, didėja jose cirkuliuojančio kraujo kiekis. Visame kūne cirkuliuojančio kraujo tūris taip pat didėja dėl vandens pernešimo iš audinių į kraujagysles, taip pat dėl to, kad blužnis ir kiti kraujo saugyklos išskiria papildomą kraują į bendrą kraujotaką. Padidėjęs kraujo kiekis, cirkuliuojantis per kūno paviršinius kraujagysles, skatina šilumos perdavimą per spinduliavimą ir konvekciją. Norint palaikyti pastovią kūno temperatūrą esant aukštai aplinkos temperatūrai, svarbus ir prakaitavimas, atsirandantis dėl šilumos perdavimo vandens garavimo procese.
Žmonių ir aukštesnių gyvūnų kūno temperatūra išlaikoma gana pastovi, nepaisant aplinkos temperatūros svyravimų. Ši pastovi kūno temperatūra vadinama izotermos.
Izoterma būdinga tik vadinamiesiems homoioterminis, arba šiltakraujai, gyvūnai ir jų nėra poikiloterminis, arba šaltakraujai – gyvūnai, kurių kūno temperatūra kinta ir mažai skiriasi nuo aplinkos temperatūros.
Izotermija ontogenezės procese vystosi palaipsniui. Gimusio kūdikio gebėjimas palaikyti pastovią kūno temperatūrą toli gražu nėra tobulas. Dėl to gali atsirasti aušinimas. (hipotermija) arba perkaitimas (hipertermija) kūnui esant aplinkos temperatūrai, kuri neturi įtakos suaugusiam žmogui. Taip pat net ir nedidelis raumenų darbas, pavyzdžiui, ilgalaikis vaiko verksmas, gali sukelti kūno temperatūros padidėjimą. Neišnešiotų kūdikių organizmas dar mažiau sugeba palaikyti pastovią kūno temperatūrą, kuri pas juos labai priklauso nuo aplinkos temperatūros.
Šiluma susidaro dėl nuolat vykstančių egzoterminių reakcijų. Šios reakcijos pasireiškia visuose organuose ir audiniuose, tačiau skirtingo intensyvumo. Aktyvų darbą atliekančiuose audiniuose ir organuose – raumeniniame audinyje, kepenyse, inkstuose – išsiskiria daugiau šilumos nei mažiau aktyviuose – jungiamajame audinyje, kauluose, kremzlėse.
Organų ir audinių šilumos nuostoliai labai priklauso nuo jų vietos: paviršutiniškai išsidėstę organai, tokie kaip oda, griaučių raumenys, išskiria daugiau šilumos ir yra vėsinami stipriau nei vidaus organai, kurie yra labiau apsaugoti nuo atšalimo.
Sveiko žmogaus kūno temperatūra yra 36,5-36,9 °C. Sumažėja poilsis ir miegas, o raumenų veikla pakelia kūno temperatūrą. Aukščiausia temperatūra stebima 16-18 val., mažiausia - 3-4 val. Darbuotojams, kurie dirba ilgas naktines pamainas, temperatūros svyravimai gali būti pakeisti.
Žmogaus kūno temperatūros pastovumas gali būti palaikomas tik tada, kai viso organizmo šilumos gamyba ir šilumos nuostoliai yra vienodi. Tai pasiekiama naudojant fiziologinius termoreguliacijos mechanizmus. pasireiškia kaip šilumos susidarymo ir šilumos perdavimo procesų, reguliuojamų neuroendokrininių mechanizmų, sąveikos rezultatas. Termoreguliacija paprastai skirstoma į cheminę ir fizinę.
Cheminė termoreguliacija atliekami keičiant šilumos gamybos lygį, t.y. stiprinantis arba susilpninantis medžiagų apykaitos intensyvumą organizmo ląstelėse, svarbus pastoviai kūno temperatūrai palaikyti tiek normaliomis sąlygomis, tiek kintant aplinkos temperatūrai.
Intensyviausia šilumos gamyba kūne vyksta raumenyse. Net jei žmogus guli nejudėdamas, bet jo raumenys įsitempę, oksidacinių procesų intensyvumas, o kartu ir šilumos susidarymas, padidėja 10 proc. Mažas fizinis aktyvumas padidina šilumos gamybą 50-80%, o sunkus raumenų darbas - 400-500%.
Šaltomis sąlygomis padidėja šilumos susidarymas raumenyse, net jei žmogus nejuda. Taip yra dėl to, kad kūno paviršiaus vėsinimas, veikdamas šalto dirginimą suvokiančius receptorius, refleksiškai sužadina chaotiškus nevalingus raumenų susitraukimus, pasireiškiančius drebėjimu (šaltumu). Tuo pačiu metu žymiai sustiprėja organizmo medžiagų apykaitos procesai, padidėja deguonies ir angliavandenių suvartojimas raumenų audiniuose, o tai reiškia, kad padidėja šilumos gamyba. Netgi savavališkas kratymas padidina šilumos gamybą 200%. Jei į organizmą įvedami raumenis atpalaiduojantys vaistai – medžiagos, kurios sutrikdo nervinių impulsų perdavimą iš nervo į raumenį ir taip pašalina refleksinį raumenų drebulį, net ir padidėjus aplinkos temperatūrai, kūno temperatūra sumažėja daug greičiau.
Cheminėje termoreguliacijoje reikšmingas vaidmuo taip pat vaidina kepenys ir inkstai. Kepenų venos kraujo temperatūra yra aukštesnė už kepenų arterijos kraujo temperatūrą, o tai rodo intensyvų šilumos susidarymą šiame organe. Kai kūnas atšaldomas, padidėja šilumos gamyba kepenyse.
Energijos išsiskyrimas organizme atsiranda dėl oksidacinio baltymų, riebalų ir angliavandenių skaidymo; todėl visi oksidacinius procesus reguliuojantys mechanizmai reguliuoja ir šilumos susidarymą.
Fizinė termoreguliacija atliekami keičiantis kūno šilumos išsiskyrimui. Ypatingą reikšmę jis įgyja palaikant pastovią kūno temperatūrą organizmui esant aukštai aplinkos temperatūrai.
Šilumos perdavimą atlieka šilumos spinduliavimas (radiacinis šilumos perdavimas), arba konvekcija, tie. šildomo oro judėjimas ir judėjimas, šilumos laidumas, tie. šilumos perdavimas medžiagoms, kurios tiesiogiai liečiasi su kūno paviršiumi, ir vandens garinimas nuo odos ir plaučių paviršiaus.
Žmonėms įprastomis sąlygomis šilumos nuostoliai dėl laidumo yra nedideli, nes oras ir drabužiai yra prastai laidūs šilumą. Spinduliuotė, garavimas ir konvekcija vyksta skirtingu intensyvumu, priklausomai nuo aplinkos temperatūros. Ramybės būsenoje esant apie 20 °C oro temperatūrai ir bendram šilumos perdavimui, lygiam 419 kJ (100 kcal) per valandą, spinduliuotės pagalba prarandama 66%, vandens garuojant - 19%, o 15% - visų kūno šilumos nuostolių dėl konvekcijos . Kai aplinkos temperatūra pakyla iki 35 ° C, šilumos perdavimas naudojant spinduliuotę ir konvekciją tampa neįmanomas, o kūno temperatūra palaikoma pastovioje temperatūroje vien iš odos paviršiaus ir plaučių alveolių garuojant vandeniui.
Drabužiai sumažina šilumos perdavimą. Šilumos nuostolius neleidžia tarp drabužių ir odos esantis ramaus oro sluoksnis, nes oras yra prastas šilumos laidininkas. Kuo aukštesnės drabužių šilumą izoliuojančios savybės, tuo smulkesnė jų struktūros ląstelinė struktūra, kurioje yra oro. Tai paaiškina geras šilumą izoliuojančias vilnonių ir kailinių drabužių savybes. Oro temperatūra po drabužiais siekia 30°C. Priešingai, nuogas kūnas praranda šilumą, nes jo paviršiuje esantis oras nuolat keičiasi. Todėl nuogų kūno dalių odos temperatūra yra daug žemesnė nei apsirengusių.
Šaltyje susiaurėja odos kraujagyslės, daugiausia arteriolės: į pilvo ertmės kraujagysles patenka daugiau kraujo, todėl šilumos perdavimas ribojamas. Paviršiniai odos sluoksniai, gaudami mažiau šilto kraujo, mažiau spinduliuoja šilumos – sumažėja šilumos perdavimas. Stipriai aušinant odai, atsidaro arterioveninės anastomozės, dėl kurių sumažėja į kapiliarus patenkančio kraujo kiekis ir taip užkertamas kelias šilumos perdavimui.
Šaltyje vykstantis kraujo persiskirstymas – sumažėja paviršiniais kraujagyslėmis cirkuliuojančio kraujo kiekis ir padidėja vidaus organų kraujagyslėmis praeinančio kraujo kiekis – prisideda prie šilumos išsaugojimo vidaus organuose. .
Kylant aplinkos temperatūrai plečiasi odos kraujagyslės, didėja jose cirkuliuojančio kraujo kiekis. Visame kūne cirkuliuojančio kraujo tūris taip pat didėja dėl vandens pernešimo iš audinių į kraujagysles, taip pat dėl to, kad blužnis ir kiti kraujo saugyklos išskiria papildomą kraują į bendrą kraujotaką. Padidėjęs kraujo kiekis, cirkuliuojantis per kūno paviršinius kraujagysles, skatina šilumos perdavimą per spinduliuotę ir konvekciją.
Norint palaikyti pastovią žmogaus kūno temperatūrą esant aukštai aplinkos temperatūrai, itin svarbus yra prakaito išgarinimas nuo odos paviršiaus, kuris priklauso nuo santykinės oro drėgmės. Vandens garų prisotintame ore vanduo negali išgaruoti. Todėl esant didelei atmosferos oro drėgmei aukšta temperatūra yra sunkiau toleruojama nei esant žemai drėgmei. Vandens garų prisotintame ore (pavyzdžiui, vonioje) prakaitas išsiskiria dideliais kiekiais, bet neišgaruoja ir nuteka iš odos. Toks prakaitavimas neprisideda prie šilumos išsiskyrimo: šilumos perdavimui svarbi tik ta prakaito dalis, kuri išgaruoja nuo odos paviršiaus (ši prakaito dalis vadinama efektyvus prakaitavimas).
Orui nepralaidūs drabužiai (guminiai ir kt.), kurie neleidžia išgaruoti prakaitui, yra prastai toleruojami: oro sluoksnis tarp drabužių ir kūno greitai prisisotina garų, o tolesnis prakaito garavimas sustoja.
Žmogus netoleruoja santykinai žemos aplinkos temperatūros (32 °C) drėgname ore. Visiškai sausame ore žmogus gali išbūti be pastebimo perkaitimo 2–3 valandas 50–55 °C temperatūroje.
Kadangi dalį vandens išgaruoja plaučiai garų pavidalu, kurie prisotina iškvėptą orą, kvėpavimas taip pat dalyvauja palaikant pastovią kūno temperatūrą. Esant aukštai aplinkos temperatūrai kvėpavimo centras refleksiškai sužadinamas, žemoje – prislėgtas, kvėpavimas tampa ne toks gilus.
Taigi kūno temperatūros pastovumas palaikomas bendrai veikiant, viena vertus, medžiagų apykaitos intensyvumą ir nuo jo priklausančią šilumos susidarymą reguliuojantiems mechanizmams (cheminis šilumos reguliavimas), kita vertus, šilumos perdavimą reguliuojantys mechanizmai (fizinis šilumos reguliavimas) (9.10 pav.) .
Ryžiai. 9.10.
Izoterminis reguliavimas. Reguliacinės reakcijos, palaikančios pastovią kūno temperatūrą, yra sudėtingi refleksiniai veiksmai, atsirandantys reaguojant į odos receptorių, odos ir poodinių kraujagyslių, taip pat pačios centrinės nervų sistemos terminį stimuliavimą. Šie receptoriai, kurie suvokia šaltį ir šilumą, vadinami termoreceptoriais. Esant santykinai pastoviai aplinkos temperatūrai, iš centrinės nervų sistemos receptorių ateina ritminiai impulsai, atspindintys jų toninį aktyvumą. Šių impulsų dažnis didžiausias odos ir odos kraujagyslių šalčio receptoriams esant 20-30 °C temperatūrai, o odos šilumos receptoriams - 38-43 °C temperatūroje. Staigiai atvėsus odai, impulsų dažnis šalčio receptoriuose didėja, o sparčiai šylant – sumažėja arba sustoja. Šiluminiai receptoriai į tuos pačius temperatūros kritimus reaguoja priešingai. CNS terminiai ir šalčio receptoriai reaguoja į kraujo, tekančio į nervų centrus (centrinius termoreceptorius), temperatūros pokyčius. Didžiąją šilumos dalį gamina griaučių raumenys ir vidaus organai, sudarantys šerdį, o oda sukuria apvalkalą, kurio tikslas yra išlaikyti arba pašalinti iš kūno šilumą (9.11 pav.).
Ryžiai. 9.11.
Pagumburyje yra pagrindinis termoreguliacijos centrai, kurios koordinuoja daugybę sudėtingų procesų, užtikrinančių pastovaus kūno temperatūros išsaugojimą. Tai įrodo faktas, kad dėl pagumburio sunaikinimo prarandamas gebėjimas reguliuoti kūno temperatūrą ir gyvūnas tampa poikilotermiškas, o smegenų žievės, striatumo ir talamo pašalinimas neturi pastebimos įtakos šilumos susidarymo ir šilumos procesams. perkėlimas.
Įgyvendinant pagumburio kūno temperatūros reguliavimą, dalyvauja endokrininės liaukos, daugiausia skydliaukė ir antinksčiai.
Skydliaukės dalyvavimą termoreguliacijoje įrodo faktas, kad į gyvūno kraują patekus kito gyvūno kraujo serumui, kuris ilgą laiką buvo šaltyje, pirmajame suaktyvėja medžiagų apykaita. Šis poveikis pastebimas tik tada, kai skydliaukė išsaugoma antrame gyvūne. Akivaizdu, kad esant vėsinimui, į kraują padidėja skydliaukės hormono išsiskyrimas, o tai padidina medžiagų apykaitą ir, atitinkamai, šilumos susidarymą.
Antinksčių liaukos dalyvauja termoreguliacijoje dėl adrenalino išsiskyrimo į kraują, kuris, sustiprindamas oksidacinius procesus audiniuose, ypač raumenyse, padidina šilumos gamybą ir sutraukia odos kraujagysles, sumažindamas šilumos perdavimą. Todėl adrenalinas gali padidinti kūno temperatūrą ( adrenalino hipertermija).
Hipotermija ir hipertermija. Jei žmogus ilgą laiką yra žymiai padidintos ar sumažėjusios aplinkos temperatūros sąlygomis, gali būti nepakankami fizinės ir cheminės šilumos termoreguliacijos mechanizmai, dėl kurių kūno temperatūra normaliomis sąlygomis išlieka pastovi: kūno hipotermija. atsiranda arba perkaitimas – hipertermija.
Hipotermija - būklė, kai kūno temperatūra nukrenta žemiau 35 ° C. Hipotermija greičiausiai pasireiškia panardinus į šaltą vandenį. Tokiu atveju pirmiausia stebimas simpatinės nervų sistemos sužadinimas, refleksiškai ribojamas šilumos perdavimas ir sustiprėja šilumos gamyba. Pastarąjį palengvina raumenų susitraukimas – raumenų drebulys. Po kurio laiko kūno temperatūra vis tiek pradeda mažėti. Tokiu atveju stebima būsena, panaši į anesteziją: dingsta jautrumas, susilpnėja refleksinės reakcijos, sumažėja nervų centrų jaudrumas. Staigiai mažėja medžiagų apykaitos intensyvumas, sulėtėja kvėpavimas, sulėtėja širdies susitraukimai, sumažėja širdies tūris, sumažėja kraujospūdis (esant 24-25 °C kūno temperatūrai, jis gali būti 15-20% pradinės).
AT pastaraisiais metais dirbtinai sukurta hipotermija su kūno atšalimu iki 24-28°C taikoma chirurgijos klinikose, kuriose atliekamos širdies ir centrinės nervų sistemos operacijos. Šio įvykio prasmė ta, kad hipotermija žymiai sumažina smegenų medžiagų apykaitą, taigi ir deguonies poreikį šiame organe. Dėl to galimas ilgesnis smegenų kraujavimas (vietoj 3–5 minučių normalioje temperatūroje iki 15–20 minučių 25–28 ° C temperatūroje), o tai reiškia, kad hipotermijos metu pacientai lengviau toleruoja laikiną širdies veiklos sustabdymą. ir kvėpavimo sustojimas.
Krioterapija taip pat taikoma kai kurioms kitoms ligoms gydyti.
Hipertermija - būklė, kai kūno temperatūra pakyla virš 37 ° C. Tai atsiranda ilgai veikiant aukštai aplinkos temperatūrai, ypač kai oras yra drėgnas, todėl prakaitavimas yra mažas. Hipertermija taip pat gali atsirasti dėl kai kurių endogeninių veiksnių, kurie padidina šilumos gamybą organizme (tiroksino, riebalų rūgščių ir kt.). Aštri hipertermija, kai kūno temperatūra pasiekia 40-41 ° C, lydima sunkios bendros kūno būklės ir vadinama šilumos smūgiu.
Tokį temperatūros pokytį reikėtų skirti nuo hipertermijos, kai nesikeičia išorinės sąlygos, o pažeidžiamas tikrasis termoreguliacijos procesas. Tokio sutrikimo pavyzdys yra infekcinė karštligė. Viena iš jo atsiradimo priežasčių yra didelis hipotalaminio šilumos mainų reguliavimo centrų jautrumas tam tikriems cheminiams junginiams, ypač bakterijų toksinams.
Taigi veiksnių, atsakingų už šilumos gamybą ir šilumos perdavimą, pusiausvyra yra pagrindinis termoreguliacijos mechanizmas.
Klausimai ir užduotys
- 1. Koks baltymų vaidmuo organizme? Kokia baltymų apykaitos reguliavimo esmė?
- 2. Koks angliavandenių vaidmuo organizme? Kokia yra angliavandenių apykaitos reguliavimo esmė?
- 3. Koks riebalų vaidmuo organizme? Kokia yra riebalų apykaitos reguliavimo esmė?
- 4. Kokia vitaminų reikšmė žmogaus gyvenime?
- 5. Fizinės ir cheminės termoreguliacijos reikšmė organizme. Paaiškinkite atsakymą.
- 6. Pastaraisiais metais dirbtinai sukurta hipotermija kūno atšaldymu iki 24-28°C praktiškai taikoma chirurgijos klinikose, kuriose atliekamos širdies ir centrinės nervų sistemos operacijos. Kokia šio įvykio prasmė?