Temperaturregulering består i å koordinere prosessene for varmeproduksjon (kjemisk termoregulering) og varmeoverføring (fysisk termoregulering).
Varmeproduksjonsprosesser. I alle organer, som et resultat av metabolske prosesser, oppstår varmeproduksjon. Derfor har blodet som strømmer fra organene, som regel en høyere temperatur enn det som strømmer inn. Men rollen til ulike organer i varmeproduksjonen er forskjellig. I hvile står leveren for omtrent 20% av den totale varmeproduksjonen, for andre indre organer - 56%, for - 20%, under fysisk aktivitet på skjelettmuskulaturen - opptil 90%, for indre organer - bare 8%.
En kraftig reservekilde for varmeproduksjon er derfor musklene under deres sammentrekning. Endringen i aktiviteten til deres metabolisme under bevegelse er hovedmekanismen for varmeproduksjon. Blant de ulike bevegelsene kan man skille flere stadier av muskeldeltakelse i varmeproduksjonen.
1. Termoregulatorisk tone. I dette tilfellet trekker ikke musklene seg sammen. Bare tonus og metabolisme øker. Denne tonen forekommer generelt i musklene i nakken, bagasjerommet og lemmene. Som et resultat øker varmeproduksjonen med 50-100%.
2. Skjelving oppstår ubevisst og består i den periodiske aktiviteten til motoriske enheter med høy terskel mot bakgrunnen av termoregulatorisk tone. Under skjelving blir all energi kun rettet mot økende varmeutvikling, mens under vanlig bevegelse brukes en del av energien på å bevege den tilsvarende lem, og en del på termogenese. Ved skjelving øker varmeproduksjonen med 2-3 ganger. Skjelving begynner ofte med musklene i nakken, ansiktet. Dette skyldes det faktum at først og fremst bør temperaturen på blodet som strømmer til hjernen stige.
3. Vilkårlige sammentrekninger består i en bevisst økning i muskelkontraksjon. Dette observeres under forhold med lav ytre temperatur, når de to første stadiene ikke er nok. Ved vilkårlige sammentrekninger kan varmeproduksjonen øke med 10-20 ganger.
Reguleringen av varmeproduksjonen i muskler skyldes påvirkning av a-motoneuroner på funksjon og metabolisme/muskler, i annet vev - sympatisk nervesystemet og katekolaminer (øker intensiteten av stoffskiftet med 50%) og virkningen av hormoner, spesielt tyroksin, som nesten dobler varmeproduksjonen.
En betydelig rolle i termogenese er lipider, som frigjør under hydrolyse mye mer energi (9,3 kcal / g) enn karbohydrater (4,1 kcal / g). Av spesiell betydning, spesielt hos barn, er brunt fett.
Varmeoverføringsprosesser skjer på følgende måter - stråling, konveksjon, fordampning og varmeledning.
Stråling skjer ved hjelp av infrarød langbølget stråling. Dette krever en temperaturgradient mellom varm hud og kalde vegger og andre gjenstander. miljø. Dermed avhenger mengden av stråling av temperaturen og overflaten på huden.
Termisk ledningsevne utføres med direkte kontakt av kroppen med gjenstander (stol, seng, etc.). I dette tilfellet bestemmes varmeoverføringshastigheten fra et mer oppvarmet legeme til et mindre oppvarmet objekt av temperaturgradienten og deres varmeledningsevne. Varmeoverføringen på denne måten øker betydelig (14 ganger) når en person er i vann. Delvis ved ledning overføres varme fra indre organer til overflaten av kroppen. Men denne prosessen er hemmet på grunn av den lave varmeledningsevnen til fett.
konveksjonsvei. Luften i kontakt med overflaten av kroppen, i nærvær av en temperaturgradient, varmes opp. Samtidig blir den lettere og stiger opp fra kroppen og gir plass til nye porsjoner luft. Dermed tar det bort noe av varmen. Intensiteten til naturlig konveksjon kan økes ved ytterligere bevegelse av luft, noe som reduserer hindringer når den kommer inn i kroppen (passende klær).
Fordampning av svette. Ved romtemperatur hos en avkledd person avgis ca 20 % av varmen ved fordampning.
Termisk ledningsevne, konveksjon og stråling er passive varmeoverføringsveier basert på fysikkens lover. De er effektive bare hvis en positiv temperaturgradient opprettholdes. Jo mindre temperaturforskjell mellom kropp og miljø, jo mindre varme avgis. Med de samme indikatorene eller ved høy omgivelsestemperatur er de nevnte måtene ikke bare ineffektive, men kroppen varmes opp. Under disse forholdene utløses bare en mekanisme for varmeoverføring i kroppen, assosiert med prosessene med svette og svette. Her brukes både fysiske lover (energikostnader for fordampningsprosessen) og biologiske (svette). Avkjøling av huden forenkles av det faktum at 0,58 kcal forbrukes for å fordampe 1 ml svette. Hvis ikke skjer
fordampning av svette, effektiviteten av varmeoverføring reduseres kraftig. M
Shotus fordampningshastighet avhenger av temperaturgradienten og metningen av den omkringliggende luften med vanndamp. Jo høyere luftfuktighet, jo mindre effektiv blir denne varmeoverføringsveien. Effektiviteten av varmeoverføring reduseres kraftig når du er i vann eller i tettsittende klær. I dette tilfellet blir kroppen tvunget til å kompensere for mangelen på svette ved å øke svettingen.
Fordampning har to mekanismer: a) svette - uten deltakelse av svettekjertler b) fordampning - med aktiv deltakelse av svettekjertler.
Svette- fordampning av vann fra overflaten av lungene, slimhinnene, huden, som alltid er våt. Denne fordampningen er ikke regulert, den avhenger av temperaturgradienten og fuktigheten til den omkringliggende luften, verdien er omtrent 600 ml / dag. Jo høyere luftfuktighet, jo mindre effektiv er denne typen varmeoverføring.
Mekanisme for svettesekresjon. Svettekjertelen består av to deler: selve kjertelen, som ligger i det subdermale laget, og utskillelseskanalene som åpner seg på overflaten av huden. I kjertelen dannes en primær hemmelighet, og i kanalene, på grunn av reabsorpsjon, dannes en sekundær hemmelighet - svette.
Primærhemmelighet som ligner på blodplasma. Forskjellen er at det ikke er proteiner og glukose i denne hemmeligheten, det er mindre Na +. Så i den første svetten er konsentrasjonen av natrium omtrent 144 nmol / l, klor - 104 nmol / l. Disse ionene absorberes aktivt under svettens passasje gjennom utskillelseskanalene, noe som sikrer absorpsjon av vann. Prosessen med absorpsjon avhenger i stor grad av dannelseshastigheten og fremme av svette at disse prosessene er aktive, jo mer Na + og Cl-rester. Ved kraftig svette kan opptil halvparten av konsentrasjonen av disse ionene forbli i svetten. Sterk svette er ledsaget av en økning i konsentrasjonen av urea (opptil 4 ganger høyere enn i plasma) og kalium (opptil 1,2 ganger høyere enn i plasma). Den totale høye konsentrasjonen av ioner, som danner et høyt nivå av osmotisk trykk, sikrer en reduksjon i reabsorpsjon og frigjøring av en stor mengde vann med svette.
Ved sterk svetting kan mye NaCl brukes (opptil 15-30 g / dag). Det er imidlertid mekanismer i kroppen som sikrer bevaring av disse viktige ionene ved kraftig svette. De er involvert i tilpasningsprosesser, spesielt forbedrer aldosteron reabsorpsjonen av Na +.
Svettekjertlenes funksjoner reguleres av spesielle mekanismer. Aktiviteten deres påvirkes av det sympatiske nervesystemet, men mediatoren her er acetylkolin. Sekretoriske celler, i tillegg til M-kolinerge reseptorer, har også adrenoreseptorer som reagerer på katekolaminer i blodet. Aktivering av funksjonen til svettekjertlene er ledsaget av en økning i blodtilførselen.
Mengden svette som frigjøres kan nå 1,5 l / t, og hos tilpassede personer - opptil 3 l / t.
Ved romtemperatur hos en naken person avgis ca. 60% av varmen på grunn av stråling, ca. 12-15% - luftkonveksjon, ca. 20% - fordampning, 2-5% - termisk ledningsevne. Men dette forholdet avhenger av en rekke forhold, spesielt av omgivelsestemperaturen.
Hovedrollen i reguleringen av varmeoverføringsprosesser spilles av endringer i blodtilførselen til huden. Innsnevringen av karene i huden, åpningen av arteriovenøse anastomoser bidrar til en mindre tilstrømning av varme fra kjernen til skallet og dens bevaring i kroppen. Tvert imot, med utvidelse av hudkar, kan temperaturen stige med 7-8 ° C. Samtidig øker også varmeoverføringen.
Konvensjonelt kan huden kalles kroppens radiatorsystem. Blodstrømmen i huden kan variere fra 0 til 30 % av IOC. Hudens vaskulære tone styres av det sympatiske nervesystemet.
Dermed er kroppstemperatur en balanse mellom prosessene for varmeproduksjon og varmeoverføring. Når varmeproduksjonen råder over varmetapet, stiger kroppstemperaturen, og omvendt, hvis varmetapet er høyere enn varmeproduksjonen, synker kroppstemperaturen.
TERMOREGULERING OG HELSE
Området med menneskelig bolig strekker seg fra polarsonene, hvor lufttemperaturen noen ganger når -86 °C, til de ekvatoriale savannene og ørkenene, i de varmeste delene hvor den nærmer seg +50 °C i skyggen! Ikke desto mindre, i et så bredt temperaturområde, beholder en person aktiv vitalitet og tilstrekkelig ytelse på grunn av sin termiske stabilitet, når kroppstemperaturen svinger innenfor relativt smale grenser - fra 36 til 37 ° C.
Homeotermi - konstant kroppstemperatur - gjør en person uavhengig av temperaturforholdene for oppholdet, siden de biokjemiske reaksjonene som sikrer livet hans fortsetter å bli utført på et optimalt nivå på grunn av bevaring av tilstrekkelig aktivitet av vevsenzymer og vitaminer som gir dem, katalysere og aktivere visse aspekter av metabolisme, vevshormoner, nevrotransmittere og andre stoffer som kroppens normale funksjon er avhengig av. Temperaturskiftet i en eller annen retning endrer aktiviteten til disse stoffene kraftig, og i ulik grad for hver av dem - som et resultat oppstår dissosiasjon i aktiviteten til flyten av individuelle aspekter av metabolismen. Hos poikilotermiske, kaldblodige dyr, hvis kroppstemperatur bestemmes av omgivelsestemperaturen (øker eller synker sammen med sistnevnte), endres aktiviteten til deres vevsenzymer som biologiske katalysatorer sammen med endringer i ytre termiske forhold. Det er derfor, når temperaturen synker, reduseres graden av manifestasjon av deres vitale aktivitet opp til et fullstendig stopp - den såkalte suspenderte animasjonen, og ved en veldig høy temperatur oppstår enten død eller tørking, som i noen av poikilotermene er også en slags suspendert animasjon. Så, med en endring i ytre temperatur, kan den vitale aktiviteten til noen insekter (gresshopper) gjenopprettes både etter frysing til temperaturen til flytende nitrogen (–189 ° C) og etter tørking. Det er beskrevet et tilfelle av gjenopplivingen, om enn kortsiktig, av en gigantisk salamander frosset i en isbre, ifølge eksperter, for minst 5000 år siden.
Dermed gjør evnen til å opprettholde en konstant kroppstemperatur under forskjellige eksistensforhold varmblodige dyr uavhengige av naturens omstendigheter og i stand til å opprettholde et høyt levedyktighetsnivå. Denne evnen skyldes et komplekst system for termoregulering, som sikrer en reduksjon i varmeproduksjonen og dens aktive retur i tilfelle fare for overoppheting og aktivering av termogenese med begrenset varmeoverføring - i tilfelle fare for hypotermi.
Statistikk viser at i Russland er mer enn 40% av alle tilfeller av midlertidig funksjonshemming på grunn av forkjølelse, noe som gir lekmannen grunn til å vurdere termoreguleringssystemet som ufullkomment. Imidlertid er det mange fakta som peker på den høye naturlige motstanden til en person mot virkningen av lave temperaturer. Så yogier konkurrerer ved temperaturer under -20 ° C i hastigheten på å tørke våte ark med varmen fra kroppen, og sitter nakne på isen til en frossen innsjø. Svømming av spesialtrente svømmere over Beringstredet fra Alaska til Chukotka (mer enn 40 km) ved en vanntemperatur på +4°C - +6°C har blitt tradisjonell. Yakutene gnir nyfødte med snø, og ostjakene og tungusene senker dem i snø, skyller dem med kaldt vann og pakker dem så inn i reinsdyrskinn... I dette tilfellet burde man tilsynelatende heller snakke om perversjonen av de perfekte mekanismene til menneskelig termoregulering langt fra forholdene som dannet dem i evolusjonslivet til en moderne person enn om ufullkommenheten til selve mekanismene.
Mens de fleste av de vitale funksjonene - blodsirkulasjon, respirasjon, fordøyelse, etc. - har et bestemt strukturelt og funksjonelt apparat, har ikke termoregulering et slikt organ og er en funksjon av hele organismen som helhet.
I henhold til ordningen foreslått av I.P. Pavlov, kan en varmblodig organisme representeres som en relativt termostabil "kjerne" og et "skall" med et bredt temperaturområde. Kjernen, hvis temperatur varierer fra 36,8–37,5 ° C, inkluderer hovedsakelig vitale indre organer: hjertet, leveren, magen, tarmen, etc. Spesielt bemerkelsesverdig er rollen til leveren, som har en relativt høy temperatur - over 37,5 ° C, og tykktarmen, hvis mikroflora i løpet av sin livsaktivitet produserer mye varme, som opprettholder temperaturen på tilstøtende vev. Det termolabile skallet består av lemmer, hud og subkutant vev, muskler, etc. Temperaturen i forskjellige deler av skallet varierer mye. Temperaturen på tærne er altså omtrent 24°C, temperaturen i ankelleddet er 30–31°C, nesetippen er 25°C, armhulen, endetarmen er 36,5–36,9°C osv. Temperaturen på skallet er imidlertid veldig mobil, noe som bestemmes av forholdene for vital aktivitet og kroppens tilstand, og derfor kan tykkelsen variere fra veldig tynn i varme til veldig kraftig, og komprimere kjernen - i kulde. Slike forhold mellom kjernen og skallet skyldes at førstnevnte overveiende produserer varme (i hvile), mens sistnevnte må sørge for bevaring av denne varmen. Dette forklarer det faktum at hos herdede mennesker omslutter skallet i kulde raskt og pålitelig kjernen, og opprettholder optimale forhold for å opprettholde aktiviteten til vitale organer og systemer, mens hos ikke-herdede mennesker forblir skallet tynt selv under disse forholdene, skaper en trussel om hypotermi av kjernen (for eksempel med en reduksjon i temperatur lungene så lite som 0,5 ° C er det en trussel om lungebetennelse).
Den termiske stabiliteten til kroppen er hovedsakelig gitt av to komplementære reguleringsmekanismer - fysisk og kjemisk. Fysisk termoregulering Den aktiveres hovedsakelig når det er fare for overoppheting og består i overføring av varme til omgivelsene. Dette inkluderer alle mulige mekanismer for varmeoverføring: varmestråling, varmeoverføring, konveksjon og fordampning. Varmestråling utføres på grunn av infrarøde stråler som kommer fra huden som har høy temperatur. Varmeledning realiseres på grunn av temperaturforskjellen mellom huden og luften rundt. Økningen i denne forskjellen skyldes hyperemi - utvidelsen av hudkar og tilstrømningen av mer varmt blod fra de indre organene, og det er grunnen til at fargen på huden blir rosa i varmen. Samtidig bestemmes effektiviteten av varmeoverføring av den termiske ledningsevnen og varmekapasiteten til det ytre miljøet: for eksempel er disse indikatorene ved de tilsvarende temperaturene for vann 20–27 ganger høyere enn for luft. Fra dette blir det klart hvorfor den termokomfortable lufttemperaturen for en person er omtrent 18 ° C, og vann - 34 ° C. Varmeoverføring på grunn av fordampning av svette er svært effektiv, siden når 1 ml svette fordamper fra overflaten av kroppen, mister kroppen 0,56 kcal varme. Hvis vi tar i betraktning at en voksen produserer omtrent 800 ml svette selv under forhold med lav fysisk aktivitet, blir effektiviteten av denne metoden tydelig.
Under ulike livsbetingelser endres forholdet mellom varmetapet på en eller annen måte markant. Så, i hvile og ved optimal lufttemperatur, mister kroppen 31 % av den genererte varmen ved ledning, 44 % ved stråling, 22 % ved fordampning (inkludert på grunn av fuktighet fra luftveiene) og 3 % ved konveksjon. Med sterk vind øker konveksjonens rolle, med en økning i luftfuktighet - ledning, og med økt arbeid - fordampning (for eksempel med intens fysisk aktivitet når fordampning av svette noen ganger 3-4 liter per time!).
Kroppens varmeoverføringseffektivitet er eksepsjonelt høy. Biofysiske beregninger viser at et brudd på disse mekanismene, selv hos en person i hvile, vil føre til en økning i kroppstemperaturen innen en time opp til 37,5 ° C, og etter 6 timer - opp til 46-48 ° C, når irreversibel ødeleggelse av proteinstrukturer begynner.
Kjemisk termoregulering er spesielt viktig når det er fare for hypotermi. Tapet av ulldeksel av en person i forhold til dyr gjorde ham spesielt følsom for virkningen av lave temperaturer, noe som fremgår av det faktum at en person har nesten 30 ganger flere kuldereseptorer enn varmereseptorer. Samtidig har forbedringen av mekanismene for tilpasning til kulde ført til at en person tolererer en reduksjon i kroppstemperatur mye lettere enn økningen. Således tåler spedbarn lett en reduksjon i kroppstemperatur med 3–5 ° C, men det er vanskelig å tolerere en økning på 1–2 ° C. En voksen uten noen konsekvenser tolererer hypotermi opp til 33–34 ° C, men mister bevisstheten ved overoppheting fra eksterne kilder opp til 38,6 ° C, selv om han med feber fra infeksjon kan beholde bevisstheten selv ved 42 ° C. Samtidig ble tilfeller av gjenoppliving av frosne mennesker, hvis hudtemperatur falt under frysepunktet, notert.
Essensen av kjemisk termoregulering er å endre aktiviteten til metabolske prosesser i kroppen: ved høy ytre temperatur synker den, og ved lav øker den. Studier viser at med en reduksjon i omgivelsestemperaturen med 1 ° C hos en naken person i hvile, øker metabolsk aktivitet med 10%. (Men anestesi og de såkalte antipsykotika slår av de høyere reguleringsmekanismene for termisk stabilitet hos varmblodige dyr gjør dem avhengige av omgivelsestemperaturen, og når kroppstemperaturen avkjøles til 32 ° C, reduseres oksygenforbruket til 50 grader. %, ved 20 °C – til 20 %, og når +1 °С – opptil 1 % av det opprinnelige nivået.)
Spesielt viktig for å opprettholde kroppstemperaturen er tonen i skjelettmuskulaturen, som øker med en nedgang i omgivelsestemperaturen og avtar med oppvarmingen. Det er viktig at disse prosessene fortsetter jo mer aktivt, jo farligere er truende brudd på termisk stabilitet. Ved en lufttemperatur på 25–28 °C (og spesielt i kombinasjon med høy luftfuktighet), er musklene i stor grad avslappet, og den termiske energien som reproduseres av dem er ubetydelig. Tvert imot, med fare for hypotermi, blir skjelving mer og mer viktig - ukoordinerte sammentrekninger av muskelfibre, når eksternt mekanisk arbeid er nesten helt fraværende, og nesten all energien til sammentrekkende fibre overføres til Termisk energi(Dette fenomenet kalles ikke-skjelvende termogenese). Det er derfor ikke noe overraskende i det faktum at under skjelving kan kroppens varmeproduksjon øke med mer enn tre ganger, og under anstrengende fysisk arbeid - med 10 eller flere ganger.
Lungene spiller også en utvilsomt rolle i kjemisk termoregulering, som på grunn av endringer i den metabolske aktiviteten til de høykalorifettene som er inkludert i deres struktur, opprettholder en relativt konstant temperatur, og det er grunnen til at blodet som strømmer fra ved høy ytre temperatur. lungene er kjøligere, og ved lav temperatur er det varmere enn innåndet luft.
De fysiske og kjemiske mekanismene for termoregulering fungerer med en høy grad av koordinering på grunn av tilstedeværelsen i sentralnervesystemet til det tilsvarende senteret i diencephalon (hypothalamus). Det er grunnen til at ved høye omgivelsestemperaturer på den ene siden øker varmeoverføringen (på grunn av en økning i hudtemperatur, fordampning av svette, etc.), og på den annen side avtar varmeproduksjonen (på grunn av en reduksjon i muskeltonus, overgangen til absorpsjon av mindre energiholdige produkter av kroppen) ; ved lave temperaturer, tvert imot: varmeproduksjonen øker og varmeoverføringen avtar.
Dermed tillater de perfekte mekanismene for menneskelig termoregulering å opprettholde optimal levedyktighet i et bredt spekter av ytre temperaturer.
termoregulering– Dette er en prosess som sikrer kroppens evne til å holde kroppstemperaturen på et visst nivå, uavhengig av omgivelsestemperaturen.
Det termoregulatoriske senteret kan begeistres både humoralt (av temperaturen på blodet som strømmer gjennom det) og refleksivt (når hudreseptorer irriteres av varme eller kulde). Eksitering av det termoregulatoriske senteret aktiverer alle varmeregulerende mekanismer: intensiteten av oksidative prosesser, skjelettmuskeltonus, vasomotoriske reaksjoner, sekresjon av svettekjertler, luftveisbevegelser. Intensiteten av oksidative prosesser kan endres enten gjennom det autonome nervesystemet, eller ved å endre utskillelsen av skjoldbruskkjertelhormoner og binyremargen. Endringer i muskelarbeid, utvidelse eller innsnevring av blodårer, svettesekresjon, endringer i respirasjonsbevegelser skjer refleksivt gjennom vasomotoriske, respirasjons- og svettesentre.
Cortex
Det termoregulatoriske senteret er på sin side under kontroll av hjernebarken. Hvis et dyr blir utsatt for overoppheting i et bestemt miljø og de tilsvarende regulatoriske reaksjonene oppstår i det, vil miljøet alene (uten overoppheting) etter en stund forårsake de samme reaksjonene i det som overoppheting. Her er det altså en betinget refleksreaksjon som oppstår med deltagelse av hjernebarken.
Temperaturgrensene for livet er svært brede. Sporer av mange bakterier tåler oppvarming opp til 150 °, og noen av dem mister ikke levedyktighet ved en temperatur nær absolutt null. På den annen side lever noen ciliater i de varme kildene på øya Ischia (Italia) ved en temperatur på omtrent 85 °. Det er fortsatt mye som ikke er godt forstått her. Fisk, insekter og til og med pattedyr kan fryses og deretter forsiktig tines. For eksempel ble karper frosset til 15 minusgrader og igjen, gradvis råtnet bort, vekket til live igjen, men å fryse minst en grad under 15 er allerede katastrofalt for dyret. Det er imidlertid også kjent at når sædceller fryses til en temperatur nær minus 200°C og lagres i lang tid ved denne temperaturen, beholder en betydelig del av dem sin normale levedyktighet og gjødslingsevne.
På denne siden finner du stoff om temaene:
Mekanismer for varmeoverføring av kroppen under forhold med kulde og varme ">
Varmeoverføringsmekanismer i kroppen i forhold med kulde og varme: a) omfordeling av blod mellom karene i de indre organene og karene i hudoverflaten; b) omfordeling av blod i karene i huden.
Fysisk termoregulering dukket opp på senere stadier av evolusjonen. Dens mekanismer påvirker ikke prosessene med cellulær metabolisme. Mekanismene for fysisk termoregulering aktiveres refleksivt og har, som enhver refleksmekanisme, tre hovedkomponenter. For det første er dette reseptorer som oppfatter endringer i temperaturen inne i kroppen eller miljøet. Det andre leddet er sentrum for termoregulering. Det tredje leddet er effektorer som endrer varmeoverføringsprosessene, og holder kroppstemperaturen på et konstant nivå. I kroppen, bortsett fra svettekjertelen, er det ingen egne effektorer av refleksmekanismen til fysisk termoregulering.
Viktigheten av fysisk termoregulering
Fysisk termoregulering er regulering av varmeoverføring. Mekanismene sikrer opprettholdelse av kroppstemperaturen på et konstant nivå, både under forhold når kroppen er truet av overoppheting, og under avkjøling.
Fysisk termoregulering utføres ved endringer i kroppens frigjøring av varme. Det får spesiell betydning for å opprettholde en konstant kroppstemperatur under kroppens opphold under forhold med forhøyet omgivelsestemperatur.
Varmeoverføring utføres ved varmestråling (strålingsvarmeoverføring), konveksjon, dvs. bevegelse og blanding av luft oppvarmet av kroppen, varmeledning, dvs. varmespredning av et stoff i kontakt med overflaten av kroppen. Arten av varmeoverføring av kroppen varierer avhengig av intensiteten av metabolismen.
Varmetap forhindres av det stillestående luftlaget som er mellom klær og hud, siden luft er en dårlig varmeleder. Laget av subkutant fettvev hindrer i stor grad varmeoverføring på grunn av fettets lave varmeledningsevne.
Temperaturregulering
Temperaturen på huden, og derfor intensiteten av varmestråling og varmeledning, kan endres i kalde eller varme miljøforhold som følge av omfordeling av blod i karene og med endringer i volumet av sirkulerende blod.
I kulde trekker blodårene i huden seg, hovedsakelig arterioler, sammen; mer blod kommer inn i karene i bukhulen og dermed begrenses varmeoverføringen. De overfladiske lagene av huden, som mottar mindre varmt blod, utstråler mindre varme, slik at varmeoverføringen reduseres. I tillegg, med en sterk avkjøling av huden, åpnes arteriovenøse anastomoser, noe som reduserer mengden blod som kommer inn i kapillærene, og forhindrer derved varmeoverføring.
Omfordelingen av blod som skjer i kulde - en reduksjon i mengden blod som sirkulerer gjennom de overfladiske karene og en økning i mengden blod som passerer gjennom karene i de indre organene - bidrar til bevaring av varme i de indre organene, hvis temperatur holdes på et konstant nivå.
Når omgivelsestemperaturen stiger, utvider hudens kar, mengden blod som sirkulerer i dem øker. Volumet av sirkulerende blod i hele kroppen øker også på grunn av overføring av vann fra vevene til karene, og også fordi milten og andre bloddepoter frigjør ytterligere blod til den generelle sirkulasjonen. En økning i mengden blod som sirkulerer gjennom overflatekarene i kroppen fremmer varmeoverføring gjennom stråling og konveksjon. For å opprettholde en konstant kroppstemperatur ved høye omgivelsestemperaturer er svette også viktig, som oppstår på grunn av varmeoverføring i prosessen med vannfordampning.
Kroppstemperaturen til mennesker og høyerestående dyr holdes på et relativt konstant nivå, til tross for svingninger i omgivelsestemperaturen. Denne konstante kroppstemperaturen kalles isotermer.
Isoterm er kun karakteristisk for den såkalte homoiotermisk, eller varmblodige, dyr og fraværende i poikilotermisk, eller kaldblodige, dyr hvis kroppstemperatur er variabel og avviker lite fra omgivelsestemperaturen.
Isotermi i prosessen med ontogenese utvikler seg gradvis. Hos en nyfødt baby er evnen til å opprettholde en konstant kroppstemperatur langt fra perfekt. Som et resultat kan avkjøling forekomme. (hypotermi) eller overoppheting (hypertermi) kroppen ved omgivelsestemperaturer som ikke påvirker en voksen. På samme måte kan selv en liten mengde muskelarbeid, for eksempel langvarig gråt av et barn, føre til en økning i kroppstemperaturen. Kroppen til premature babyer er enda mindre i stand til å opprettholde en konstant kroppstemperatur, som hos dem i stor grad avhenger av temperaturen i miljøet.
Varmeutvikling skjer som et resultat av kontinuerlig forekommende eksoterme reaksjoner. Disse reaksjonene forekommer i alle organer og vev, men med ulik intensitet. I vev og organer som utfører aktivt arbeid - i muskelvev, lever, nyrer - frigjøres mer varme enn i mindre aktive - bindevev, bein, brusk.
Varmetap fra organer og vev avhenger i stor grad av deres plassering: overfladisk plasserte organer, som hud, skjelettmuskulatur, avgir mer varme og avkjøles sterkere enn indre organer, som er mer beskyttet mot avkjøling.
Kroppstemperaturen til en frisk person er 36,5-36,9 °C. Hvile og søvn senkes, og muskelaktivitet øker kroppstemperaturen. Maksimal temperatur observeres kl 16-18, minimum - kl 3-4. For arbeidere som jobber lange nattskift kan temperatursvingninger reverseres.
Konstantiteten til kroppstemperaturen hos en person kan bare opprettholdes hvis varmeutviklingen og varmetapet til hele organismen er like. Dette oppnås gjennom de fysiologiske mekanismene for termoregulering. manifesterer seg som et resultat av samspillet mellom prosessene for varmegenerering og varmeoverføring, regulert av nevroendokrine mekanismer. Termoregulering er vanligvis delt inn i kjemisk og fysisk.
Kjemisk termoregulering utføres ved å endre nivået på varmeutviklingen, dvs. styrker eller svekker intensiteten av stoffskiftet i kroppens celler, og er viktig for å opprettholde en konstant kroppstemperatur både under normale forhold og når omgivelsestemperaturen endres.
Den mest intense varmeutviklingen i kroppen skjer i musklene. Selv om en person ligger ubevegelig, men musklene hans er spente, øker intensiteten av oksidative prosesser, og samtidig varmeutvikling, med 10%. En liten fysisk aktivitet fører til en økning i varmeutvikling med 50-80%, og tungt muskelarbeid - med 400-500%.
Ved kalde forhold øker varmeutviklingen i musklene, selv om personen står stille. Dette skyldes det faktum at avkjølingen av kroppsoverflaten, som virker på reseptorer som oppfatter kald irritasjon, refleksivt eksiterer kaotiske ufrivillige muskelsammentrekninger, manifestert i form av skjelving (frysninger). Samtidig forbedres kroppens metabolske prosesser betydelig, forbruket av oksygen og karbohydrater av muskelvev øker, noe som medfører en økning i varmeutvikling. Selv vilkårlig risting øker varmeutviklingen med 200 %. Hvis muskelavslappende midler introduseres i kroppen - stoffer som forstyrrer overføringen av nerveimpulser fra nerven til muskelen og dermed eliminerer refleksmuskelskjelvinger, selv med en økning i omgivelsestemperaturen, skjer en reduksjon i kroppstemperaturen mye raskere.
I kjemisk termoregulering betydelig rolle leveren og nyrene spiller også. Blodtemperaturen i levervenen er høyere enn blodtemperaturen i leverarterien, noe som indikerer intens varmeutvikling i dette organet. Når kroppen avkjøles, øker varmeproduksjonen i leveren.
Frigjøring av energi i kroppen skjer på grunn av oksidativ nedbrytning av proteiner, fett og karbohydrater; derfor regulerer alle mekanismene som regulerer oksidative prosesser også varmeutvikling.
Fysisk termoregulering utføres av endringer i frigjøring av varme fra kroppen. Det får spesiell betydning for å opprettholde en konstant kroppstemperatur under kroppens opphold under forhold med forhøyet omgivelsestemperatur.
Varmeoverføring utføres av varmestråling (strålingsvarmeoverføring), eller konveksjon, de. bevegelse og bevegelse av oppvarmet luft, varmeledning, de. varmeoverføring til stoffer i direkte kontakt med overflaten av kroppen, og vannfordampning fra overflaten av huden og lungene.
Hos mennesker, under normale forhold, er varmetapet ved ledning lite, siden luft og klær er dårlige varmeledere. Stråling, fordampning og konveksjon fortsetter med forskjellig intensitet avhengig av omgivelsestemperaturen. Hos en person i hvile ved en lufttemperatur på omtrent 20 ° C og en total varmeoverføring lik 419 kJ (100 kcal) per time, går 66 % tapt ved hjelp av stråling, 19 % på grunn av vannfordampning og 15 % av det totale kroppsvarmetapet på grunn av konveksjon . Når omgivelsestemperaturen stiger til 35 ° C, blir varmeoverføring ved hjelp av stråling og konveksjon umulig, og kroppstemperaturen holdes på et konstant nivå utelukkende ved fordampning av vann fra overflaten av huden og alveolene i lungene.
Klær reduserer varmeoverføringen. Varmetap forhindres av det stillestående luftlaget som er mellom klær og hud, siden luft er en dårlig varmeleder. De varmeisolerende egenskapene til klær er jo høyere, jo finere er cellestrukturen til strukturen, som inneholder luft. Dette forklarer de gode varmeisolerende egenskapene til ull- og pelsklær. Lufttemperaturen under klærne er 30°C. Tvert imot, en naken kropp mister varme, ettersom luften på overflaten stadig skiftes ut. Derfor er temperaturen på huden til de nakne delene av kroppen mye lavere enn på de kledde.
I kulde smalner blodårene i huden, hovedsakelig arterioler: mer blod kommer inn i karene i bukhulen, og dermed begrenses varmeoverføringen. Overflatelagene av huden, som mottar mindre varmt blod, utstråler mindre varme - varmeoverføringen avtar. Med en sterk avkjøling av huden oppstår i tillegg åpning av arteriovenøse anastomoser, noe som reduserer mengden blod som kommer inn i kapillærene, og derved forhindrer varmeoverføring.
Omfordelingen av blod som skjer i kulde - en reduksjon i mengden blod som sirkulerer gjennom de overfladiske karene, og en økning i mengden blod som passerer gjennom karene i de indre organene - bidrar til bevaring av varme i de indre organene .
Når omgivelsestemperaturen stiger, utvider hudens kar, mengden blod som sirkulerer i dem øker. Volumet av sirkulerende blod i hele kroppen øker også på grunn av overføring av vann fra vevene til karene, og også fordi milten og andre bloddepoter frigjør ytterligere blod til den generelle sirkulasjonen. Å øke mengden blod som sirkulerer gjennom overflatekarene i kroppen fremmer varmeoverføring gjennom stråling og konveksjon.
For å opprettholde en konstant menneskelig kroppstemperatur ved en høy omgivelsestemperatur, er fordampning av svette fra hudoverflaten av primær betydning, som avhenger av luftens relative fuktighet. I luft mettet med vanndamp kan ikke vann fordampe. Derfor, ved høy luftfuktighet i atmosfærisk luft, er høy temperatur vanskeligere å tolerere enn ved lav luftfuktighet. I luft mettet med vanndamp (for eksempel i et bad), slippes svette ut i i stort antall, men fordamper ikke og renner fra huden. Slik svette bidrar ikke til frigjøring av varme: bare den delen av svetten som fordamper fra overflaten av huden er viktig for varmeoverføringen (denne delen av svetten kalles effektiv svette).
Klær som er ugjennomtrengelige for luft (gummi, etc.), som forhindrer fordampning av svette, tolereres dårlig: luftlaget mellom klær og kroppen blir raskt mettet med damp og ytterligere fordampning av svette stopper.
En person tolererer ikke en relativt lav omgivelsestemperatur (32 ° C) i fuktig luft. I helt tørr luft kan en person holde seg uten merkbar overoppheting i 2-3 timer ved en temperatur på 50-55 ° C.
Siden noe av vannet fordampes av lungene i form av damper som metter utåndingsluften, er også pusten med på å holde kroppstemperaturen på et konstant nivå. Ved høy omgivelsestemperatur er respirasjonssenteret refleksivt begeistret, ved lav temperatur er det deprimert, pusten blir mindre dyp.
Dermed opprettholdes konstanten av kroppstemperaturen gjennom felles handling, på den ene siden, av mekanismene som regulerer intensiteten av metabolismen og varmeutviklingen som avhenger av den (kjemisk regulering av varme), og på den annen side, mekanismer som regulerer varmeoverføring (fysisk regulering av varme) (Fig. 9.10) .
Ris. 9.10.
Isotermisk regulering. Regulatoriske reaksjoner som opprettholder en konstant kroppstemperatur er komplekse reflekshandlinger som oppstår som respons på termisk stimulering av hudreseptorer, hud og subkutane kar, så vel som selve sentralnervesystemet. Disse reseptorene som oppfatter kulde og varme kalles termoreseptorer. Ved en relativt konstant omgivelsestemperatur kommer rytmiske impulser fra reseptorene i sentralnervesystemet, og reflekterer deres toniske aktivitet. Frekvensen av disse impulsene er maksimal for kalde reseptorer i huden og hudkar ved en temperatur på 20-30 °C, og for hudvarmereseptorer - ved en temperatur på 38-43 °C. Med en kraftig avkjøling av huden øker frekvensen av impulser i kuldereseptorer, og med rask oppvarming blir den mindre eller stopper. Termiske reseptorer reagerer på samme temperaturfall på motsatt måte. Termiske og kalde reseptorer i CNS reagerer på endringer i temperaturen i blodet som strømmer til nervesentrene (sentrale termoreseptorer). Hoveddelen av varmen produseres av skjelettmuskulaturen og indre organer, som danner kjernen, og huden lager et skall som tar sikte på å holde på eller fjerne varmen fra kroppen (fig. 9.11).
Ris. 9.11.
Hypothalamus inneholder hoveddelen termoreguleringssentre, som koordinerer mange og komplekse prosesser som sikrer bevaring av kroppstemperaturen på et konstant nivå. Dette bevises av det faktum at ødeleggelsen av hypothalamus medfører tap av evnen til å regulere kroppstemperaturen og gjør dyret poikilotermisk, mens fjerning av hjernebarken, striatum og thalamus ikke merkbart påvirker prosessene med varmeutvikling og varme. overføre.
I implementeringen av hypotalamisk regulering av kroppstemperatur er de endokrine kjertlene, hovedsakelig skjoldbruskkjertelen og binyrene, involvert.
Deltagelsen av skjoldbruskkjertelen i termoregulering er bevist av det faktum at introduksjonen i blodet til et dyr av blodserumet til et annet dyr, som har vært i kulden i lang tid, forårsaker en økning i metabolismen i den første. Denne effekten observeres bare når skjoldbruskkjertelen er bevart i det andre dyret. Under et opphold under kjølende forhold er det åpenbart en økt frigjøring til blodet av skjoldbruskkjertelhormonet, noe som øker stoffskiftet og følgelig dannelsen av varme.
Binyrenes deltakelse i termoreguleringen skyldes frigjøring av adrenalin i blodet, som ved å forsterke oksidative prosesser i vev, spesielt i muskler, øker varmeutviklingen og trekker sammen hudkar, og reduserer varmeoverføringen. Derfor kan adrenalin forårsake en økning i kroppstemperatur ( adrenalin hypertermi).
Hypotermi og hypertermi. Hvis en person er i forhold med en betydelig økt eller redusert omgivelsestemperatur i lang tid, kan mekanismene for fysisk og kjemisk termoregulering av varme, på grunn av hvilken kroppstemperaturen forblir konstant under normale forhold, være utilstrekkelig: hypotermi i kroppen oppstår eller overoppheting - hypertermi.
Hypotermi - en tilstand der kroppstemperaturen faller under 35 ° C. Hypotermi oppstår raskest når den senkes i kaldt vann. I dette tilfellet observeres først eksitasjon av det sympatiske nervesystemet, varmeoverføringen er refleksivt begrenset og varmeproduksjonen økes. Sistnevnte forenkles av muskelsammentrekning - muskelskjelvinger. Etter en stund begynner kroppstemperaturen fortsatt å synke. I dette tilfellet observeres en tilstand som ligner anestesi: bortfall av følsomhet, svekkelse av refleksreaksjoner og reduksjon i eksitabiliteten til nervesentrene. Intensiteten av stoffskiftet reduseres kraftig, pusten reduseres, hjertesammentrekninger reduseres, hjerteproduksjonen reduseres, blodtrykket synker (ved en kroppstemperatur på 24-25 ° C, kan det være 15-20% av originalen).
PÅ i fjor kunstig skapt hypotermi med kroppskjøling til 24-28 ° C brukes i kirurgiske klinikker som utfører hjerte- og sentralnervesystemoperasjoner. Betydningen av denne hendelsen er at hypotermi reduserer metabolismen av hjernen betydelig og følgelig behovet for oksygen i dette organet. Som et resultat blir en lengre blødning av hjernen mulig (i stedet for 3-5 minutter ved normal temperatur til 15-20 minutter ved 25-28 ° C), noe som betyr at under hypotermi tåler pasienter lettere midlertidig stans av hjerteaktivitet og pustestans.
Kryoterapi brukes også til noen andre sykdommer.
Hypertermi - en tilstand der kroppstemperaturen stiger over 37 ° C. Det oppstår ved langvarig eksponering for høye omgivelsestemperaturer, spesielt når luften er fuktig og det derfor er lite effektiv svette. Hypertermi kan også oppstå under påvirkning av enkelte endogene faktorer som øker varmeutviklingen i kroppen (tyroksin, fettsyrer, etc.). Skarp hypertermi, der kroppstemperaturen når 40-41 ° C, er ledsaget av en alvorlig generell tilstand i kroppen og kalles heteslag.
En slik endring i temperaturen bør skilles fra hypertermi, når de ytre forholdene ikke endres, men selve prosessen med termoregulering brytes. Et eksempel på en slik lidelse er smittsom feber. En av årsakene til dens forekomst er den høye følsomheten til de hypotalamiske sentrene for varmevekslingsregulering overfor visse kjemiske forbindelser, spesielt overfor bakterielle toksiner.
Dermed er balansen mellom faktorer som er ansvarlige for varmeproduksjon og varmeoverføring hovedmekanismen for termoregulering.
Spørsmål og oppgaver
- 1. Hvilken rolle har proteiner i kroppen? Hva er essensen av reguleringen av proteinmetabolismen?
- 2. Hvilken rolle har karbohydrater i kroppen? Hva er essensen av reguleringen av karbohydratmetabolismen?
- 3. Hvilken rolle har fett i kroppen? Hva er essensen av reguleringen av fettmetabolismen?
- 4. Hva er viktigheten av vitaminer i menneskelivet?
- 5. Verdien av fysisk og kjemisk termoregulering i kroppen. Forklar svaret.
- 6. De siste årene har kunstig skapt hypotermi med kroppskjøling til 24-28 ° C blitt brukt i praksis i kirurgiske klinikker som utfører hjerte- og sentralnervesystemoperasjoner. Hva er meningen med denne hendelsen?