Reglarea temperaturii constă în coordonarea proceselor de producere a căldurii (termoreglare chimică) și de transfer de căldură (termoreglare fizică).
Procese de producere a căldurii. Producția de căldură are loc în toate organele datorită proceselor metabolice. Prin urmare, sângele care curge departe de organe, de regulă, are o temperatură mai mare decât cea care curge înăuntru. Dar rolul diferitelor organe în producerea căldurii este diferit. În repaus, ficatul reprezintă aproximativ 20% din producția totală de căldură, alte organe interne - 56%, 20%, în timpul activității fizice asupra mușchilor scheletici - până la 90%, organele interne - doar 8%.
Astfel, mușchii în timpul contracției lor sunt o sursă puternică de rezervă de producere de căldură. Modificările în activitatea metabolismului lor în timpul locomoției sunt principalul mecanism de producere a căldurii. Dintre diferitele locomoții, se pot distinge mai multe etape ale participării musculare la producerea căldurii.
1. Tonul termoreglator.În acest caz, mușchii nu se contractă. Doar tonusul și metabolismul lor cresc. Acest ton apare în general în mușchii gâtului, trunchiului și membrelor. Ca urmare, producția de căldură crește cu 50-100%.
2. Tremurul apare inconștient și constă în activitatea periodică a unităților motorii cu prag înalt pe fundalul tonului termoreglator. Când tremură, toată energia este direcționată numai către creșterea generării de căldură, în timp ce în timpul locomoției normale, o parte din energie este cheltuită pentru mișcarea membrului corespunzător și o parte pentru termogeneză. La agitare, producția de căldură crește de 2-3 ori. Tremuratul începe adesea în mușchii gâtului și ai feței. Acest lucru se explică prin faptul că în primul rând temperatura sângelui care curge către creier trebuie să crească.
3. Contractiile voluntare constau intr-o crestere constienta a contractiei musculare. Acest lucru se observă în condiții de temperatură externă scăzută, când primele două etape nu sunt suficiente. Cu contracții voluntare, producția de căldură poate crește de 10-20 de ori.
Reglarea producției de căldură în mușchii dovyazan cu influența a-motoneuronilor asupra funcției și metabolismului / mușchilor, în alte țesuturi - simpatic sistem nervosși catecolaminele (crește rata metabolică cu 50%) și acțiunea hormonilor, în special a tiroxinei, care aproape dublează producția de căldură.
Un rol semnificativ în termogeneză îl reprezintă lipidele, care eliberează semnificativ mai multă energie în timpul hidrolizei (9,3 kcal/g) decât carbohidrații (4,1 kcal/g). Grăsimea brună este de o importanță deosebită, în special la copii.
Procese de transfer de căldură apare în următoarele moduri - radiație, convecție, evaporare și conductivitate termică.
Radiația are loc folosind radiația infraroșie cu undă lungă. Acest lucru necesită un gradient de temperatură între pielea caldă și pereții reci și alte obiecte. mediu inconjurator. Astfel, cantitatea de radiații depinde de temperatura și suprafața pielii.
Conducția termică are loc prin contactul direct al corpului cu obiectele (scaun, pat etc.). În acest caz, rata transferului de căldură de la un corp mai încălzit la un obiect mai puțin încălzit este determinată de gradientul de temperatură și de providența lor termică. Transferul de căldură prin această rută crește semnificativ (de 14 ori) atunci când o persoană se află în apă. Parțial prin conducție, căldura este transferată de la organele interne la suprafața corpului. Dar acest proces este încetinit din cauza conductibilității termice scăzute a grăsimii.
Calea de convecție. Aerul în contact cu suprafața corpului se încălzește în prezența unui gradient de temperatură. În același timp, devine mai ușor și, ridicându-se din corp, face loc pentru noi porțiuni de aer. Astfel, ia o parte din căldură. Intensitatea convecției naturale poate fi crescută datorită mișcării suplimentare a aerului, reducând obstacolele în curgerea acestuia către corp (cu îmbrăcăminte adecvată).
Evaporarea transpirației. La temperatura camerei, la o persoană dezbrăcată, se degajă aproximativ 20% din căldură din cauza evaporării.
Conductivitate termică, convecția și radiația sunt căi pasive de transfer de căldură bazate pe legile fizicii. Sunt eficiente doar dacă se menține un gradient de temperatură pozitiv. Cu cât diferența de temperatură dintre corp și mediu este mai mică, cu atât se degajă mai puțină căldură. La aceiași indicatori sau la temperaturi ambientale ridicate, căile menționate nu sunt doar ineficiente, dar corpul se încălzește. În aceste condiții, în organism este activat un singur mecanism de eliberare a căldurii, asociat cu procesele de transpirație și aburire. Aici sunt folosite atât legile fizice (consumul de energie pentru procesul de evaporare), cât și legile biologice (transpirația). Răcirea pielii este facilitată de faptul că se consumă 0,58 kcal pentru a evapora 1 ml de transpirație. Dacă nu se întâmplă
evaporarea transpirației, eficiența transferului de căldură scade brusc. M
Viteza de evaporare a apei depinde de gradientul de temperatură și de saturația vaporilor de apă din aerul înconjurător. Cu cât umiditatea este mai mare, cu atât această cale de transfer de căldură devine mai puțin eficientă. Eficiența transferului de căldură scade brusc atunci când ești în apă sau purtați haine groase. În acest caz, organismul este forțat să compenseze lipsa transpirației prin creșterea transpirației.
Evaporarea are două mecanisme: a) transpirație - fără participarea glandelor sudoripare b) evaporarea - cu participarea activă a glandelor sudoripare.
Transpiraţie- evaporarea apei de la suprafata plamanilor, mucoaselor, pielii, care este mereu umeda. Aceasta evaporare nu este reglata, depinde de gradientul de temperatura si umiditatea aerului inconjurator, valoarea ei este de aproximativ 600 ml/zi. Cu cât umiditatea este mai mare, cu atât acest tip de transfer de căldură este mai puțin eficient.
Mecanismul secretiei sudoripare. Glanda sudoripare este formată din două părți: glanda însăși, care este situată în stratul subdermic, și canalele excretoare care se deschid pe suprafața pielii. În glandă se formează o secreție primară, iar în canale se formează o secreție secundară, transpirația, datorită reabsorbției.
Secreția primară este similară cu plasma sanguină. Diferența este că această secreție nu conține proteine și glucoză și mai puțin Na +. Astfel, în transpirația inițială concentrația de sodiu este de aproximativ 144 nmol/l, clor - 104 nmol/l. Acești ioni sunt absorbiți activ pe măsură ce transpirația trece prin canalele excretoare, asigurând absorbția apei. Procesul de absorbție depinde în mare măsură de rata de formare și progresie a transpirației; pe măsură ce aceste procese sunt active, cu atât rămâne mai mult Na + și Cl-. Cu transpirație abundentă, până la jumătate din concentrația acestor ioni poate rămâne în transpirație. Transpirația severă este însoțită de o creștere a concentrației de uree (de până la 4 ori mai mare decât în plasmă) și potasiu (de până la 1,2 ori mai mare decât în plasmă). Concentrația totală mare de ioni, formând un nivel ridicat de presiune osmotică, asigură o scădere a reabsorbției și eliberarea unor cantități mari de apă prin transpirație.
Cu transpirație abundentă, se poate risipi mult NaCl (până la 15-30 g/zi). Cu toate acestea, organismul are mecanisme care să asigure că acești ioni importanți sunt reținuți în timpul transpirației intense. Ele sunt implicate în procesele de adaptare, în special, aldosteronul îmbunătățește reabsorbția Na +.
Funcțiile glandelor sudoripare sunt reglate prin mecanisme speciale. Activitatea lor este influențată de sistemul nervos simpatic, dar mediatorul aici este acetilcolina. Celulele secretoare, pe lângă receptorii M-colinergici, au și receptori adrenergici care răspund la catecolaminele hormonilor din sânge. Activarea funcției glandelor sudoripare este însoțită de o creștere a aportului lor de sânge.
Cantitatea de transpirație secretată poate ajunge la 1,5 l/h, iar la persoanele adaptate - până la 3 l/h.
La temperatura camerei la o persoană dezbrăcată, aproximativ 60% din căldură este emisă din cauza radiațiilor, aproximativ 12-15% - convecție a aerului, aproximativ 20% - evaporare, 2-5% - conductivitate termică. Dar acest raport depinde de o serie de condiții, în special de temperatura ambiantă.
Rolul principal în reglarea proceselor de transfer de căldură este jucat de modificările aportului de sânge a pielii. Îngustarea vaselor cutanate și deschiderea anastomozelor arteriovenoase contribuie la un flux mai mic de căldură de la miez la membrană și la reținerea acesteia în organism. Dimpotrivă, odată cu dilatarea vaselor pielii, temperatura acesteia poate crește cu 7-8 ° C. În același timp, crește și transferul de căldură.
În mod convențional, pielea poate fi numită sistemul radiator al corpului. Fluxul de sânge în piele poate varia de la 0 la 30% IOC. Tonul vascular al pielii este controlat de sistemul nervos simpatic.
Astfel, temperatura corpului este un echilibru între procesele de producere a căldurii și de transfer de căldură. Când producția de căldură prevalează asupra pierderii de căldură, temperatura corpului crește și, invers, dacă pierderea de căldură este mai mare decât producerea de căldură, temperatura corpului scade.
TERMOREGLARE ȘI SĂNĂTATE
Habitatul uman se extinde de la zonele polare, unde temperatura aerului ajunge uneori la -86°C, până la savanele ecuatoriale și deșerturile, în zonele cele mai fierbinți în care se apropie de +50°C la umbră! Cu toate acestea, într-un interval atât de larg de temperatură, o persoană își menține vitalitatea activă și performanța suficientă datorită stabilității sale termice, atunci când temperatura corpului fluctuează în limite relativ înguste - de la 36 la 37 ° C.
Homeotermia - constanța temperaturii corpului - face o persoană independentă de condițiile de temperatură de reședință, deoarece reacțiile biochimice care îi asigură viața continuă să se desfășoare la un nivel optim datorită păstrării activității adecvate a enzimelor și vitaminelor tisulare care le furnizează, catalizarea și activarea anumitor aspecte ale metabolismului, hormonilor tisulari, neurotransmițătorilor și altor substanțe, de care depinde funcționarea normală a organismului. O schimbare a temperaturii într-o direcție sau alta modifică brusc activitatea acestor substanțe și, în grade diferite pentru fiecare dintre ele - ca urmare, apare o deconectare în activitatea aspectelor individuale ale metabolismului. La animalele poikiloterme, cu sânge rece, a căror temperatură corporală este determinată de temperatura ambiantă (crește sau scade cu aceasta din urmă), activitatea enzimelor lor tisulare ca catalizatori biologici se modifică odată cu modificările condițiilor termice externe. De aceea, atunci când temperatura scade, gradul de manifestare a activității lor vitale scade până când se oprește complet - așa-numita animație suspendată, iar la o temperatură foarte ridicată are loc fie moartea, fie uscarea, ceea ce la unele dintre poikiloterme este de asemenea un tip de animație suspendată. Astfel, odată cu modificarea temperaturii exterioare, activitatea vitală a unor insecte (lacuste) poate fi restabilită atât după înghețare la temperatura azotului lichid (–189°C), cât și după uscare. A fost descris un caz de renaștere, deși de scurtă durată, a unui triton uriaș care fusese înghețat într-un ghețar, potrivit experților, cu cel puțin aproximativ 5.000 de ani în urmă.
Astfel, capacitatea de a menține o temperatură constantă a corpului în diferite condiții de viață face ca animalele cu sânge cald să fie independente de circumstanțele naturii și capabile să mențină un nivel ridicat de vitalitate. Această capacitate se datorează unui sistem complex de termoreglare, care asigură o scădere a producției de căldură și a transferului activ de căldură în caz de pericol de supraîncălzire și de activare a termogenezei când transferul de căldură este limitat - în caz de pericol de hipotermie.
Statisticile arată că, în Rusia, din toate cazurile de invaliditate temporară, mai mult de 40% sunt cauzate de răceli, ceea ce dă omului obișnuit motive să considere sistemul de termoreglare ca fiind imperfect. Cu toate acestea, există multe fapte care indică o rezistență naturală ridicată a omului la temperaturi scăzute. Astfel, yoghinii-resps concurează la temperaturi sub –20°C în viteza de uscare a cearșafurilor umede cu căldura corpului lor, stând goi pe gheața unui lac înghețat. A devenit tradițional ca înotătorii special antrenați să înoate prin strâmtoarea Bering din Alaska până în Chukotka (mai mult de 40 km) la o temperatură a apei de +4°C - +6°C. Iakutii freacă nou-născuții cu zăpadă, iar Ostyaks și Tungus îi scufundă în zăpadă, toarnă apă rece peste ei și apoi îi învelesc în piei de ren... În acest caz, aparent, ar trebui să vorbim mai degrabă despre pervertirea mecanismelor perfecte ale termoreglarea umană prin condiții care sunt departe de condițiile care le-au format în evoluția vieții omul modern decât despre imperfecţiunea mecanismelor în sine.
În timp ce majoritatea funcțiilor vitale - circulația sângelui, respirația, digestia etc. - au anumite aparate structurale și funcționale specifice, termoreglarea nu are un astfel de organ și este o funcție a întregului organism în ansamblu.
Conform schemei propuse de I.P. Pavlov, un organism cu sânge cald poate fi reprezentat ca un „miez” relativ termostabil și o „cochilie” cu o gamă largă de temperaturi. Miezul, a cărui temperatură variază între 36,8–37,5 ° C, include în principal organe interne vitale: inima, ficatul, stomacul, intestinele etc. Deosebit de remarcat este rolul ficatului, care are o temperatură relativ ridicată - peste 37,5 ° C, și al intestinului gros, a cărui microfloră, în procesul activității lor vitale, produce multă căldură, asigurând menținerea temperatura țesuturilor adiacente. Învelișul termolabil este format din membre, piele și țesuturi subcutanate, mușchi etc. Temperatura diferitelor părți ale cochiliei variază foarte mult. Astfel, temperatura degetelor de la picioare este de aproximativ 24°C, articulația gleznei este de 30–31°C, vârful nasului este de 25°C, axila, rectul este de 36,5–36,9°C etc. Cu toate acestea, temperatura cochiliei este foarte flexibilă, ceea ce este determinat de condițiile de viață și de starea corpului, prin urmare grosimea sa se poate schimba de la foarte subțire la căldură la foarte puternică, comprimând miezul la frig. O astfel de relație între miez și înveliș se datorează faptului că primul produce în primul rând căldură (în repaus), iar al doilea trebuie să asigure conservarea acestei călduri. Tocmai aceasta explică împrejurarea că la persoanele întărite coaja învelește rapid și fiabil miezul în frig, menținând condiții optime pentru menținerea activității organelor și sistemelor vitale, în timp ce la persoanele neîntărite coaja rămâne subțire chiar și în aceste condiții, creând o amenințare de hipotermie a miezului (de exemplu, atunci când temperatura scade plămânii la doar 0,5 ° C există o amenințare de pneumonie).
Stabilitatea termică a organismului este asigurată în principal de două mecanisme de reglare complementare - fizic și chimic. Termoreglarea fizică Este activat în principal atunci când există pericolul de supraîncălzire și implică eliberarea de căldură în mediu. În acest caz, sunt incluse toate mecanismele posibile de transfer de căldură: radiația de căldură, schimbul de căldură, convecția și evaporarea. Radiația termică se realizează datorită razelor infraroșii emanate de pielea având o temperatură ridicată. Conducerea căldurii se realizează datorită diferenței de temperatură dintre piele și aerul din jur. Această diferență crește din cauza hiperemiei - dilatarea vaselor pielii și afluxului de sânge mai cald din organele interne, motiv pentru care culoarea pielii devine roz la căldură. În acest caz, eficiența transferului de căldură este determinată de conductibilitatea termică și capacitatea de căldură a mediului extern: astfel, acești indicatori la temperaturile corespunzătoare pentru apă sunt de 20-27 de ori mai mari decât pentru aer. Acest lucru arată clar de ce temperatura aerului termoconfortabil pentru oameni este de aproximativ 18 ° C, iar temperatura apei este de 34 ° C. Transferul de căldură datorită evaporării transpirației este foarte eficient, deoarece atunci când 1 ml de transpirație se evaporă de la suprafața corpului, corpul pierde 0,56 kcal de căldură. Dacă avem în vedere că un adult produce aproximativ 800 ml de transpirație chiar și în condiții de activitate fizică scăzută, eficacitatea acestei metode devine clară.
În diferite condiții de viață, raportul pierderilor de căldură într-un fel sau altul se schimbă semnificativ. Astfel, în repaus și la temperatura optimă a aerului, organismul pierde 31% din căldura generată prin conducție, 44% prin radiație, 22% prin evaporare (inclusiv din cauza umidității din tractul respirator) și 3% prin convecție. Cu vânt puternic, rolul convecției crește, cu creșterea umidității aerului - conducție, iar la muncă intensă - evaporare (de exemplu, la activitate fizică intensă, evaporarea transpirației ajunge uneori la 3-4 litri pe oră!).
Eficiența transferului de căldură din corp este excepțional de mare. Calculele biofizice arată că întreruperea acestor mecanisme, chiar și la o persoană în repaus, ar duce la o creștere a temperaturii corpului său în decurs de o oră la 37,5 ° C, iar după 6 ore - la 46-48 ° C, atunci când distrugerea ireversibilă a proteinei. începe structurile.
Termoreglare chimică devine deosebit de important atunci când există riscul de hipotermie. Pierderea blănii de către om în raport cu animalele l-a făcut deosebit de sensibil la efectele temperaturilor scăzute, dovadă fiind faptul că oamenii au de aproape 30 de ori mai mulți receptori de frig decât receptorii de căldură. În același timp, îmbunătățirea mecanismelor de adaptare la frig a dus la faptul că o persoană tolerează o scădere a temperaturii corpului mult mai ușor decât o creștere. Astfel, sugarii pot tolera cu ușurință o scădere a temperaturii corpului de 3–5°C, dar au dificultăți cu o creștere de 1–2°C. Un adult tolerează hipotermia până la 33–34°C fără consecințe, dar își pierde cunoștința când este supraîncălzit din surse externe până la 38,6°C, deși cu febră de la o infecție își poate păstra conștiința chiar și la 42°C. În același timp, au existat cazuri de renaștere a persoanelor înghețate a căror temperatură a pielii a scăzut sub punctul de îngheț.
Esența termoreglării chimice este modificarea activității proceselor metabolice din organism: la temperaturi exterioare ridicate scade, iar la temperaturi scăzute crește. Studiile arată că atunci când temperatura ambiantă scade cu 1°C, activitatea metabolică la o persoană goală în repaus crește cu 10%. (Cu toate acestea, oprirea mecanismelor de reglare superioară a termostabilității la animalele cu sânge cald prin anestezie și așa-numitele neuroleptice le face dependente de temperatura ambiantă, iar atunci când temperatura corpului lor este răcită la 32°C, consumul lor de oxigen scade la 50%, la 20°C - până la 20% și când +1°С – până la 1% din nivelul inițial.)
De o importanță deosebită pentru menținerea temperaturii corpului este tonusul mușchilor scheletici, care crește odată cu scăderea temperaturii ambientale și scade odată cu încălzirea. Este semnificativ faptul că aceste procese se desfășoară mai activ, cu atât mai periculoasă este încălcarea iminentă a stabilității termice. Astfel, la o temperatură a aerului de 25–28°C (și mai ales în combinație cu umiditate ridicată), mușchii sunt în mare măsură relaxați, iar energia termică pe care o produc este neglijabilă. Dimpotrivă, atunci când există pericolul de hipotermie, tremurăturile devin din ce în ce mai importante - contracții necoordonate ale fibrelor musculare, când munca mecanică externă este aproape complet absentă și aproape toată energia fibrelor contractante intră în energie termală(acest fenomen se numește termogeneză necontractilă). Prin urmare, nu este surprinzător că în timpul tremurului, producția de căldură a corpului poate crește de mai mult de trei ori, iar în timpul muncii fizice intense - de 10 ori sau mai mult.
Plămânii joacă, de asemenea, un rol indubitabil în termoreglarea chimică, care, datorită modificărilor activității metabolice a grăsimilor bogate în calorii incluse în structura lor, mențin o temperatură relativ constantă - motiv pentru care la temperaturi exterioare ridicate sângele care curge din plămâni. este mai rece, iar la temperaturi scăzute este mai cald decât aerul inhalat.
Mecanismele fizice și chimice de termoreglare funcționează cu un grad ridicat de coordonare datorită prezenței în sistemul nervos central a centrului corespunzător din diencefal (hipotalamus).De aceea, la temperaturi ambientale ridicate, pe de o parte, transferul de căldură. crește (din cauza creșterii temperaturii pielii, a respirației crescute, a proceselor crescute de evaporare a transpirației etc.), iar pe de altă parte, producția de căldură scade (din cauza scăderii tonusului muscular, a trecerii la absorbția organismului de mai puține energie care conțin produse); la temperaturi scăzute este adevărat invers: producția de căldură crește și transferul de căldură scade.
Astfel, mecanismele perfecte de termoreglare umană fac posibilă menținerea vitalității optime într-o gamă largă de temperaturi exterioare.
Termoregulare este un proces care asigură capacitatea organismului de a menține temperatura corpului la un anumit nivel, indiferent de temperatura ambiantă.
Centrul termoreglator poate fi excitat atât umoral (prin temperatura sângelui care curge prin el), cât și reflexiv (prin iritarea receptorilor pielii cu căldură sau frig). Excitarea centrului de termoreglare activează toate mecanismele de termoreglare: intensitatea proceselor oxidative, tonusul mușchilor scheletici, reacțiile vasomotorii, secreția glandelor sudoripare, mișcările respiratorii. Intensitatea proceselor oxidative se poate modifica fie prin intermediul sistemului nervos autonom, fie prin modificarea secretiei de hormoni tiroidieni si a medularei suprarenale. Modificări ale funcției musculare, dilatarea sau constricția vaselor de sânge, secreția de transpirație, modificările mișcărilor respiratorii apar reflexiv prin centrii vasomotori, respiratori și transpiratori.
Cortexul
Centrul de termoreglare este, la rândul său, sub controlul cortexului cerebral. Dacă un animal este expus la supraîncălzire într-un anumit mediu și au loc reacțiile de reglare corespunzătoare, atunci după un timp singur mediul (fără supraîncălzire) va provoca în el aceleași reacții ca și supraîncălzirea. Astfel, aici are loc o reacție reflexă condiționată, care are loc cu participarea cortexului cerebral.
Limitele de temperatură ale vieții sunt foarte largi. Sporii multor bacterii pot rezista la încălzire până la 150°, iar unele dintre ele nu își pierd viabilitatea la temperaturi apropiate de zero absolut. Pe de altă parte, în izvoarele termale ale insulei Ischia (Italia) la o temperatură de aproximativ 85°, trăiesc unii ciliați. Mai sunt multe care au rămas insuficient studiate. Peștii, insectele și chiar mamiferele pot fi congelate și apoi dezghețate cu grijă. De exemplu, crapii au fost înghețați la 15 grade sub zero și din nou, putrezind treptat, readuși la viață, dar înghețarea chiar și cu un grad sub 15 este deja fatală pentru animal. Cu toate acestea, se știe, de asemenea, că atunci când spermatozoizii sunt înghețați la o temperatură apropiată de minus 200° și depozitați pentru o perioadă lungă de timp la această temperatură, o parte semnificativă din ei își păstrează viabilitatea normală și puterea de fertilizare.
Pe această pagină există material pe următoarele subiecte:
Mecanisme de transfer de căldură din corp în condiții de frig și căldură ">
Mecanisme de transfer de căldură din organism în condiții reci și calde: a) redistribuirea sângelui între vasele organelor interne și vasele suprafeței pielii; b) redistribuirea sângelui în vasele pielii.
Termoregularea fizică a apărut în stadiile ulterioare ale evoluției. Mecanismele sale nu afectează procesele metabolismului celular. Mecanismele de termoreglare fizică sunt activate reflex și, ca orice mecanism reflex, au trei componente principale. În primul rând, aceștia sunt receptori care percep schimbările de temperatură din interiorul corpului sau din mediul înconjurător. A doua verigă este centrul de termoreglare. A treia verigă o reprezintă efectorii, care modifică procesele de transfer de căldură, menținând temperatura corpului la un nivel constant. Organismul, în afară de glanda sudoripare, nu are propriii efectori ai mecanismului reflex de termoreglare fizică.
Importanța termoreglării fizice
Termoreglarea fizică este reglarea transferului de căldură. Mecanismele sale asigură menținerea temperaturii corpului la un nivel constant atât în condițiile în care corpul este în pericol de supraîncălzire, cât și la răcire.
Termoreglarea fizică se realizează prin modificări ale transferului de căldură de către organism. Devine deosebit de important în menținerea unei temperaturi constante a corpului în timp ce corpul se află în condiții de temperatură ambientală ridicată.
Transferul de căldură se realizează prin radiație de căldură (transfer de căldură prin radiație), convecție, adică mișcarea și amestecarea aerului încălzit de corp, conducerea căldurii, adică. transfer de căldură de la o substanță în contact cu suprafața corpului. Natura transferului de căldură din organism se modifică în funcție de intensitatea metabolismului.
Pierderea de căldură este împiedicată de stratul de aer nemișcat care se află între îmbrăcăminte și piele, deoarece aerul este un slab conductor de căldură. Stratul de țesut adipos subcutanat previne în mare măsură transferul de căldură din cauza conductibilității termice scăzute a grăsimii.
Reglarea temperaturii
Temperatura pielii și, prin urmare, intensitatea radiației căldurii și a conducerii căldurii, se pot modifica în condiții de mediu reci sau calde, ca urmare a redistribuirii sângelui în vase și când se modifică volumul sângelui circulant.
La frig, vasele de sânge ale pielii, în principal arteriole, se îngustează; o cantitate mai mare de sânge intră în vasele cavității abdominale și astfel limitează transferul de căldură. Straturile superficiale ale pielii, primind mai puțin sânge cald, emit mai puțină căldură, astfel încât transferul de căldură scade. În plus, atunci când pielea este puternic răcită, anastomozele arteriovenoase se deschid, ceea ce reduce cantitatea de sânge care intră în capilare și, prin urmare, împiedică transferul de căldură.
Redistribuirea sângelui care are loc la frig - o scădere a cantității de sânge care circulă prin vasele superficiale și o creștere a cantității de sânge care trece prin vasele organelor interne - ajută la păstrarea căldurii în organele interne, a temperaturii. dintre care se menţine la un nivel constant.
Pe măsură ce temperatura ambientală crește, vasele de sânge ale pielii se dilată, iar cantitatea de sânge care circulă în ele crește. Volumul sângelui circulant în organism crește, de asemenea, datorită transferului de apă din țesuturi la vase și, de asemenea, deoarece splina și alte depozite de sânge eliberează cantități suplimentare de sânge în fluxul sanguin general. Creșterea cantității de sânge care circulă prin vasele de pe suprafața corpului promovează transferul de căldură prin radiație și convecție. Pentru a menține o temperatură constantă a corpului la temperaturi ambientale ridicate, este importantă și transpirația, care are loc datorită transferului de căldură în timpul evaporării apei.
Temperatura corporală a oamenilor și a animalelor superioare este menținută la un nivel relativ constant, în ciuda fluctuațiilor temperaturii ambientale. Această constanță a temperaturii corpului se numește izotermie.
Izotermia este caracteristică numai așa-numitului homeotermic, sau cu sânge cald, animale și este absent de la poikilotermic, sau cu sânge rece, animale a căror temperatură corporală este variabilă și diferă puțin de temperatura ambiantă.
Izotermia se dezvoltă treptat în timpul ontogenezei. Capacitatea unui nou-născut de a menține o temperatură constantă a corpului este departe de a fi perfectă. Ca urmare, poate apărea răcirea (hipotermie) sau supraîncălzire (hipertermie) corpului la temperaturi ambientale care nu afectează un adult. De asemenea, chiar și munca musculară minoră, cum ar fi plânsul prelungit al unui copil, poate duce la creșterea temperaturii corpului acestuia. Corpul bebelușilor prematuri este și mai puțin capabil să mențină o temperatură constantă a corpului, care pentru ei depinde în mare măsură de temperatura mediului lor.
Generarea de căldură are loc ca urmare a reacțiilor exoterme care apar continuu. Aceste reacții apar în toate organele și țesuturile, dar cu intensități diferite. În țesuturile și organele care efectuează un lucru activ - în țesutul muscular, ficat, rinichi - se eliberează o cantitate mai mare de căldură decât în cele mai puțin active - țesut conjunctiv, oase, cartilaj.
Pierderile de căldură de la organe și țesuturi depind în mare măsură de localizarea acestora: organele localizate superficial, cum ar fi pielea, mușchii scheletici, degajă mai multă căldură și se răcesc mai puternic decât organele interne, care sunt mai protejate de răcire.
Temperatura corpului unei persoane sănătoase este de 36,5-36,9 °C. Odihna și somnul scad, iar activitatea musculară crește temperatura corpului. Temperatura maximă se observă la 16-18 ore seara, cea minimă - la 3-4 ore dimineața. Pentru lucrătorii care lucrează în ture lungi de noapte, fluctuațiile de temperatură pot fi inversate.
Temperatura corpului unei persoane poate rămâne constantă numai dacă generarea de căldură și pierderea de căldură din întregul organism sunt egale. Acest lucru se realizează prin mecanisme fiziologice de termoreglare. se manifestă ca urmare a interacțiunii proceselor de generare și transfer de căldură, reglate de mecanisme neuroendocrine. Termoregularea este de obicei împărțită în chimică și fizică.
Termoreglare chimică realizat prin modificarea nivelului de generare a căldurii, adică întărirea sau slăbirea intensității metabolismului în celulele corpului și este importantă pentru menținerea unei temperaturi constante a corpului atât în condiții normale, cât și atunci când temperatura ambientală se modifică.
Cea mai intensă generare de căldură în organism are loc în mușchi. Chiar dacă o persoană zace nemișcată, dar mușchii lui sunt încordați, intensitatea proceselor oxidative și, în același timp, generarea de căldură, crește cu 10%. Activitatea fizică ușoară duce la o creștere a generării de căldură cu 50-80%, iar munca musculară grea - cu 400-500%.
În condiții de frig, generarea de căldură în mușchi crește, chiar dacă persoana este staționară. Acest lucru se datorează faptului că răcirea suprafeței corpului, acționând asupra receptorilor care percep stimularea la rece, excită în mod reflex contracții musculare involuntare aleatorii, manifestate sub formă de tremur (frisoane). În același timp, procesele metabolice ale organismului sunt îmbunătățite semnificativ, consumul de oxigen și carbohidrați de către țesutul muscular crește, ceea ce presupune o creștere a generării de căldură. Chiar și imitarea voluntară a tremurului crește generarea de căldură cu 200%. Dacă în organism sunt introduse relaxante musculare – substanțe care perturbă transmiterea impulsurilor nervoase de la nerv la mușchi și, prin urmare, elimină tremorurile musculare reflexe, chiar și cu creșterea temperaturii ambientale, o scădere a temperaturii corpului are loc mult mai rapid.
În termoreglarea chimică rol semnificativ Ficatul și rinichii joacă, de asemenea, un rol. Temperatura sângelui a venei hepatice este mai mare decât temperatura sângelui a arterei hepatice, ceea ce indică generarea intensă de căldură în acest organ. Când corpul se răcește, producția de căldură în ficat crește.
Eliberarea de energie în organism are loc din cauza descompunerii oxidative a proteinelor, grăsimilor și carbohidraților; prin urmare, toate mecanismele care reglează procesele oxidative reglează și generarea de căldură.
Termoreglarea fizică realizate prin modificări ale transferului de căldură de către organism. Devine deosebit de important în menținerea unei temperaturi constante a corpului în timp ce corpul se află în condiții de temperatură ambientală ridicată.
Transferul de căldură este realizat de radiație termică (transfer radiativ de căldură), sau convecție, acestea. mișcarea și mișcarea aerului încălzit de căldură, conducție termică, acestea. transferul de căldură către substanțele aflate în contact direct cu suprafața corpului și evaporarea apei de la suprafața pielii și a plămânilor.
În condiții normale, pierderea de căldură a unei persoane prin conducție este mică, deoarece aerul și îmbrăcămintea sunt conductoare de căldură slabe. Radiația, evaporarea și convecția apar cu viteze diferite în funcție de temperatura ambiantă. La o persoană în repaus, la o temperatură a aerului de aproximativ 20 ° C și un transfer total de căldură egal cu 419 kJ (100 kcal) pe oră, 66% se pierde prin radiație, 19% prin evaporarea apei și 15% prin convecție. pierderea totală de căldură de către organism. Când temperatura ambiantă crește la 35 °C, transferul de căldură prin radiație și convecție devine imposibil, iar temperatura corpului este menținută la un nivel constant numai prin evaporarea apei de la suprafața pielii și alveolelor plămânilor.
Îmbrăcămintea reduce transferul de căldură. Pierderea de căldură este împiedicată de stratul de aer nemișcat care se află între îmbrăcăminte și piele, deoarece aerul este un slab conductor de căldură. Cu cât este mai fină celularitatea structurii sale care conține aer, cu atât sunt mai mari proprietățile termoizolante ale îmbrăcămintei. Astfel se explică proprietățile bune de izolare termică ale îmbrăcămintei din lână și blană. Temperatura aerului sub haine este de 30 °C. Dimpotrivă, un corp gol pierde căldură, deoarece aerul de la suprafața lui se schimbă în mod constant. Prin urmare, temperatura pielii părților goale ale corpului este mult mai mică decât cea a părților îmbrăcate.
La frig, vasele de sânge ale pielii, în principal arteriolele, se îngustează: mai mult sânge intră în vasele cavității abdominale, limitând astfel transferul de căldură. Straturile de suprafață ale pielii, primind mai puțin sânge cald, emit mai puțină căldură - transferul de căldură scade. Odată cu răcirea puternică a pielii, în plus, anastomozele arteriovenoase se deschid, ceea ce reduce cantitatea de sânge care intră în capilare și, prin urmare, împiedică transferul de căldură.
Redistribuirea sângelui care are loc la frig - o scădere a cantității de sânge care circulă prin vasele superficiale și o creștere a cantității de sânge care trece prin vasele organelor interne - ajută la menținerea căldurii în organele interne.
Pe măsură ce temperatura ambientală crește, vasele de sânge ale pielii se dilată, iar cantitatea de sânge care circulă în ele crește. Volumul sângelui circulant în organism crește, de asemenea, datorită transferului de apă din țesuturi la vase și, de asemenea, deoarece splina și alte depozite de sânge eliberează cantități suplimentare de sânge în fluxul sanguin general. Creșterea cantității de sânge care circulă prin vasele de pe suprafața corpului promovează transferul de căldură prin radiație și convecție.
Pentru a menține o temperatură constantă a corpului uman la temperaturi ambientale ridicate, evaporarea transpirației de la suprafața pielii, care depinde de umiditatea relativă a aerului, este de importanță primordială. În aerul saturat cu vapori de apă, apa nu se poate evapora. Prin urmare, cu umiditate atmosferică ridicată, temperaturile ridicate sunt mai greu de tolerat decât cu umiditate scăzută. În aerul saturat cu vapori de apă (de exemplu, într-o baie), transpirația este eliberată cantitati mari, dar nu se evaporă și curge de pe piele. O astfel de transpirație nu contribuie la transferul de căldură: doar acea parte a transpirației care se evaporă de pe suprafața pielii este importantă pentru transferul de căldură (această parte a transpirației se numește transpirație eficientă).
Îmbrăcămintea etanșă (cauciuc etc.) care împiedică evaporarea transpirației este prost tolerată: stratul de aer dintre îmbrăcăminte și corp este rapid saturat cu vapori și evaporarea ulterioară a transpirației se oprește.
O persoană nu tolerează temperaturi ambientale relativ scăzute (32 ° C) în aer umed. O persoană poate rămâne în aer complet uscat fără supraîncălzire vizibilă timp de 2-3 ore la o temperatură de 50-55 °C.
Deoarece o parte din apă este evaporată de plămâni sub formă de vapori care saturează aerul expirat, respirația este implicată și în menținerea temperaturii corpului la un nivel constant. La temperaturi ambientale ridicate, centrul respirator este excitat reflex, la temperaturi scăzute este deprimat, respirația devine mai puțin profundă.
Astfel, constanta temperaturii corpului se mentine prin actiunea combinata, pe de o parte, a mecanismelor de reglare a intensitatii metabolismului si generarea de caldura dependente de acesta (reglarea chimica a caldurii), iar pe de alta, mecanisme de reglare a transferului de caldura (fizica). reglarea căldurii) (Fig. 9.10) .
Orez. 9.10.
Reglarea izotermiei. Reacțiile de reglare care asigură menținerea unei temperaturi constante a corpului sunt acte reflexe complexe care apar ca răspuns la stimularea temperaturii receptorilor pielii, a pielii și a vaselor subcutanate, precum și a sistemului nervos central însuși. Acești receptori care simt frigul și căldura se numesc termoreceptori. La o temperatură ambientală relativ constantă, impulsurile ritmice sunt trimise de la receptori către sistemul nervos central, reflectând activitatea lor tonică. Frecvența acestor impulsuri este maximă pentru receptorii de frig ai pielii și a vaselor pielii la o temperatură de 20-30 ° C, iar pentru receptorii termici ai pielii - la o temperatură de 38-43 ° C. Odată cu răcirea bruscă a pielii, frecvența impulsurilor în receptorii de frig crește, iar odată cu încălzirea rapidă devine mai mică sau se oprește. Receptorii termici reacționează exact în mod opus la aceleași schimbări de temperatură. Receptorii de căldură și rece ai sistemului nervos central răspund la schimbările de temperatură a sângelui care curge către centrii nervoși (termoreceptorii centrali). Cea mai mare parte a căldurii este produsă de mușchii scheletici și organele interne, care formează miezul, iar pielea creează o înveliș menită să rețină sau să elimine căldura din corp (Fig. 9.11).
Orez. 9.11.
Hipotalamusul conține principalul centre de termoreglare, care coordonează numeroase și complexe procese care asigură menținerea temperaturii corpului la un nivel constant. Acest lucru este dovedit de faptul că distrugerea hipotalamusului implică o pierdere a capacității de a regla temperatura corpului și face animalul poikilotermic, în timp ce îndepărtarea cortexului cerebral, a striatului și a talamusului vizual nu afectează în mod semnificativ procesele de generare a căldurii și transfer de căldură.
Reglarea hipotalamică a temperaturii corpului implică glandele endocrine, în principal glandele tiroide și suprarenale.
Participarea glandei tiroide la termoreglare este dovedită de faptul că introducerea în sânge a unui animal a serului de sânge al unui alt animal care a fost în frig de mult timp provoacă o creștere a metabolismului în primul rând. Acest efect se observă numai atunci când glanda tiroidă este conservată la al doilea animal. Evident, în timp ce stați în condiții de răcire, are loc o eliberare crescută a hormonului tiroidian în sânge, ceea ce crește metabolismul și, în consecință, formarea căldurii.
Participarea glandelor suprarenale la termoreglare se datorează eliberării lor de adrenalină în sânge, care, prin îmbunătățirea proceselor oxidative în țesuturi, în special în mușchi, crește generarea de căldură și îngustează vasele pielii, reducând transferul de căldură. Prin urmare, adrenalina poate provoca o creștere a temperaturii corpului ( hipertermie adrenalina).
Hipotermie și hipertermie. Dacă o persoană se află în condiții de creștere sau scădere semnificativă a temperaturii ambientale pentru o lungă perioadă de timp, atunci mecanismele de termoreglare fizică și chimică a căldurii, datorită cărora temperatura corpului este menținută în condiții normale, se pot dovedi insuficiente: hipotermia de apare organismul – hipotermie sau supraîncălzire – hipertermie.
Hipotermie - o condiție în care temperatura corpului scade sub 35 °C. Hipotermia apare cel mai repede atunci când este scufundat în apă rece. În acest caz, se observă mai întâi excitația sistemului nervos simpatic, transferul de căldură este limitat în mod reflex și producția de căldură este îmbunătățită. Acesta din urmă este facilitat de contracția musculară - tremurături musculare. După un timp, temperatura corpului începe să scadă. În acest caz, se observă o stare similară cu anestezia: dispariția sensibilității, slăbirea reacțiilor reflexe, scăderea excitabilității centrilor nervoși. Ritmul metabolic scade brusc, respirația încetinește, contracțiile inimii încetinesc, debitul cardiac scade și tensiunea arterială scade (la o temperatură a corpului de 24-25 ° C poate fi de 15-20% față de cea originală).
ÎN anul trecut hipotermia creată artificial cu răcirea corpului la 24-28 ° C este utilizată în clinicile chirurgicale care efectuează operații asupra inimii și a sistemului nervos central. Ideea acestui eveniment este că hipotermia reduce semnificativ metabolismul creierului și, în consecință, nevoia de oxigen în acest organ. Ca urmare, devine posibilă o sângerare mai lungă a creierului (în loc de 3-5 minute la temperatură normală până la 15-20 de minute la 25-28 ° C), ceea ce înseamnă că, cu hipotermie, pacienții pot tolera mai ușor oprirea temporară a activității cardiace. si stop respirator.
Crioterapia este folosită și pentru alte boli.
Hipertermie - o condiție în care temperatura corpului crește peste 37 °C. Apare cu expunerea prelungită la temperaturi ambientale ridicate, în special cu aer umed și, prin urmare, transpirație puțin eficientă. Hipertermia poate apărea și sub influența unor factori endogeni care cresc generarea de căldură în organism (tiroxina, acizi grași etc.). Hipertermia severă, în care temperatura corpului ajunge la 40-41 ° C, este însoțită de o stare generală severă a corpului și se numește insolație.
Ar trebui să se distingă de hipertermie o astfel de schimbare a temperaturii atunci când condițiile externe nu sunt modificate, dar procesul de termoreglare în sine este perturbat. Un exemplu de astfel de tulburare este febra infecțioasă. Unul dintre motivele apariției sale este sensibilitatea ridicată a centrilor hipotalamici pentru reglarea schimbului de căldură la anumite compuși chimici, în special toxinelor bacteriene.
Astfel, echilibrul factorilor responsabili de producerea și transferul de căldură este principalul mecanism de termoreglare.
Întrebări și sarcini
- 1. Care este rolul proteinelor în organism? Care este esența reglării metabolismului proteic?
- 2. Care este rolul carbohidraților în organism? Care este esența reglării metabolismului carbohidraților?
- 3. Care este rolul grăsimilor în organism? Care este esența reglării metabolismului grăsimilor?
- 4. Care este importanța vitaminelor în viața umană?
- 5. Importanta termoreglarii fizice si chimice in organism. Explică-ți răspunsul.
- 6. În ultimii ani, hipotermia creată artificial cu răcirea corpului la 24-28 ° C a fost folosită în practică în clinicile chirurgicale care efectuează operații asupra inimii și a sistemului nervos central. Care este rostul acestui eveniment?