Regulácia teploty spočíva v koordinácii procesov výroby tepla (chemická termoregulácia) a prenosu tepla (fyzikálna termoregulácia).
Procesy výroby tepla. Vo všetkých orgánoch dochádza v dôsledku metabolických procesov k tvorbe tepla. Preto krv, ktorá prúdi z orgánov, má spravidla vyššiu teplotu ako tá, ktorá prúdi dovnútra. Ale úloha rôznych orgánov pri výrobe tepla je iná. V pokoji sa pečeň podieľa na celkovej produkcii tepla asi 20%, pre ostatné vnútorné orgány - 56%, - 20%, počas fyzickej aktivity na kostrové svaly - až 90%, pre vnútorné orgány - iba 8%.
Výkonným rezervným zdrojom tvorby tepla sú teda svaly pri ich kontrakcii. Zmena aktivity ich metabolizmu pri pohybe je hlavným mechanizmom tvorby tepla. Medzi rôznymi lokomóciami možno rozlíšiť niekoľko štádií účasti svalov na produkcii tepla.
1. Termoregulačný tón. V tomto prípade sa svaly nesťahujú. Zvyšuje sa len ich tonus a metabolizmus. Tento tón sa zvyčajne vyskytuje vo svaloch krku, trupu a končatín. V dôsledku toho sa produkcia tepla zvyšuje o 50-100%.
2. Chvenie sa vyskytuje nevedome a spočíva v periodickej aktivite vysokoprahových motorických jednotiek na pozadí termoregulačného tónu. Počas chvenia je všetka energia nasmerovaná len na zvýšenie tvorby tepla, zatiaľ čo pri bežnej lokomócii sa časť energie vynakladá na pohyb príslušnej končatiny a časť na termogenézu. S chvením sa produkcia tepla zvyšuje 2-3 krát. Chvenie často začína svalmi krku, tváre. Je to spôsobené tým, že v prvom rade by sa mala zvýšiť teplota krvi, ktorá prúdi do mozgu.
3. Svojvoľné kontrakcie spočívajú vo vedomom zvýšení svalovej kontrakcie. Toto sa pozoruje v podmienkach nízkej vonkajšej teploty, keď prvé dva stupne nestačia. Pri ľubovoľných kontrakciách sa produkcia tepla môže zvýšiť 10-20 krát.
Regulácia tvorby tepla vo svaloch je daná vplyvom a-motoneurónov na funkciu a metabolizmus /svaly, v iných tkanivách - sympatiku nervový systém a katecholamíny (zvyšujú intenzitu metabolizmu o 50%) a pôsobenie hormónov, najmä tyroxínu, čím sa tvorba tepla takmer zdvojnásobí.
Významnú úlohu v termogenéze zohrávajú lipidy, ktoré pri hydrolýze uvoľňujú oveľa viac energie (9,3 kcal / g) ako sacharidy (4,1 kcal / g). Zvlášť dôležitý je najmä u detí hnedý tuk.
Procesy prenosu tepla prebieha nasledujúcimi spôsobmi - sálaním, prúdením, vyparovaním a vedením tepla.
K žiareniu dochádza pomocou infračerveného dlhovlnného žiarenia. To si vyžaduje teplotný gradient medzi teplou pokožkou a studenými stenami a inými predmetmi. životné prostredie. Množstvo žiarenia teda závisí od teploty a povrchu kože.
Tepelná vodivosť sa uskutočňuje priamym kontaktom tela s predmetmi (stolička, posteľ atď.). Rýchlosť prestupu tepla z viac vyhrievaného telesa do menej vyhrievaného objektu je v tomto prípade určená teplotným spádom a ich tepelnou vodivosťou. Prenos tepla sa týmto spôsobom výrazne zvyšuje (14-krát), keď je človek vo vode. Čiastočne vedením sa teplo prenáša z vnútorných orgánov na povrch tela. Tento proces je však inhibovaný v dôsledku nízkej tepelnej vodivosti tuku.
konvekčná cesta. Vzduch v kontakte s povrchom tela sa v prítomnosti teplotného gradientu ohrieva. Zároveň sa stáva ľahším a stúpajúc od tela dáva priestor novým porciám vzduchu. Tým pádom odoberá časť tepla. Intenzitu prirodzenej konvekcie je možné zvýšiť dodatočným pohybom vzduchu, čím sa znížia prekážky pri vstupe do tela (vhodné oblečenie).
Odparovanie potu. Pri izbovej teplote u vyzlečenej osoby sa asi 20 % tepla odovzdá odparovaním.
Tepelná vodivosť, konvekcia a sálanie sú pasívne cesty prenosu tepla založené na fyzikálnych zákonoch. Sú účinné iba vtedy, ak sa udržiava kladný teplotný gradient. Čím menší je teplotný rozdiel medzi telom a prostredím, tým menej tepla sa odovzdáva. Pri rovnakých indikátoroch alebo pri vysokej teplote okolia sú spomínané spôsoby nielen neúčinné, ale telo sa zahrieva. Za týchto podmienok sa v tele spúšťa len jeden mechanizmus prenosu tepla, spojený s procesmi potenia a potenia. Tu sa využívajú fyzikálne zákony (energetické náklady na proces vyparovania) aj biologické (potenie). Chladenie pokožky uľahčuje skutočnosť, že na odparenie 1 ml potu sa spotrebuje 0,58 kcal. Ak sa tak nestane
odparovanie potu, účinnosť prenosu tepla sa prudko znižuje. M
Rýchlosť odparovania Shotu závisí od teplotného gradientu a nasýtenia okolitého vzduchu vodnou parou. Čím vyššia je vlhkosť, tým je táto cesta prenosu tepla menej účinná. Účinnosť prenosu tepla prudko klesá vo vode alebo v tesnom oblečení. V tomto prípade je telo nútené kompenzovať nedostatok potenia zvýšeným potením.
Odparovanie má dva mechanizmy: a) potenie - bez účasti potných žliaz b) odparovanie - za aktívnej účasti potných žliaz.
Potenie- odparovanie vody z povrchu pľúc, slizníc, kože, ktorá je vždy mokrá. Toto vyparovanie nie je regulované, závisí od teplotného gradientu a vlhkosti okolitého vzduchu, jeho hodnota je cca 600 ml/deň. Čím vyššia je vlhkosť, tým je tento typ prenosu tepla menej účinný.
Mechanizmus vylučovania potu. Potná žľaza sa skladá z dvoch častí: samotnej žľazy, ktorá sa nachádza v podkožnej vrstve, a vylučovacích kanálikov, ktoré ústia na povrchu kože. V žľaze sa tvorí primárne tajomstvo a v kanáloch sa v dôsledku reabsorpcie vytvára sekundárne tajomstvo - pot.
Primárne tajomstvo podobné krvnej plazme. Rozdiel je v tom, že v tomto tajomstve nie sú žiadne proteíny a glukóza, je tam menej Na +. Takže v počiatočnom pote je koncentrácia sodíka asi 144 nmol / l, chlór - 104 nmol / l. Tieto ióny sú aktívne absorbované pri prechode potu cez vylučovacie kanály, čo zaisťuje absorpciu vody. Proces absorpcie do značnej miery závisí od rýchlosti tvorby a podpory potu, čím sú tieto procesy aktívne, čím viac Na + a Cl- zostáva. Pri silnom potení môže v pote zostať až polovičná koncentrácia týchto iónov. Silné potenie je sprevádzané zvýšením koncentrácie močoviny (až 4-krát vyššej ako v plazme) a draslíka (až 1,2-krát vyššej ako v plazme). Celková vysoká koncentrácia iónov, tvoriacich vysokú úroveň osmotického tlaku, zabezpečuje zníženie reabsorpcie a uvoľňovanie veľkého množstva vody s potom.
Pri silnom potení sa môže minúť veľa NaCl (až 15-30 g / deň). V tele však existujú mechanizmy, ktoré pri silnom potení zabezpečujú zachovanie týchto dôležitých iónov. Podieľajú sa na adaptačných procesoch, najmä aldosterón zvyšuje reabsorpciu Na+.
Funkcie potných žliaz sú regulované špeciálnymi mechanizmami. Ich činnosť je ovplyvnená sympatickým nervovým systémom, ale mediátorom je tu acetylcholín. Sekrečné bunky majú okrem M-cholinergných receptorov aj adrenoreceptory, ktoré reagujú na krvné katecholamíny. Aktivácia funkcie potných žliaz je sprevádzaná zvýšením ich prekrvenia.
Množstvo uvoľneného potu môže dosiahnuť 1,5 l / h a u prispôsobených ľudí - až 3 l / h.
Pri izbovej teplote sa u nahej osoby uvoľňuje asi 60% tepla v dôsledku žiarenia, asi 12-15% - prúdenie vzduchu, asi 20% - vyparovanie, 2-5% - tepelná vodivosť. Tento pomer však závisí od mnohých podmienok, najmä od teploty okolia.
Hlavnú úlohu v regulácii procesov prenosu tepla zohrávajú zmeny v prekrvení pokožky. Zúženie ciev kože, otvorenie arteriovenóznych anastomóz prispieva k menšiemu prílevu tepla z jadra do obalu a jeho zachovaniu v tele. Naopak, pri rozširovaní kožných ciev môže jeho teplota stúpnuť o 7-8 ° C. Zároveň sa zvyšuje aj prenos tepla.
Bežne môže byť koža nazývaná radiátorovým systémom tela. Prietok krvi v koži sa môže meniť od 0 do 30 % IOC. Cievny tonus kože je riadený sympatickým nervovým systémom.
Telesná teplota je teda rovnováhou medzi procesmi tvorby tepla a prenosu tepla. Keď produkcia tepla prevažuje nad tepelnými stratami, telesná teplota stúpa a naopak, ak sú tepelné straty vyššie ako tvorba tepla, telesná teplota klesá.
TERMOREGULÁCIA A ZDRAVIE
Oblasť ľudského obydlia siaha od polárnych zón, kde teplota vzduchu niekedy dosahuje -86°C, až po rovníkové savany a púšte, v ktorých najteplejších častiach sa v tieni blíži k +50°C! Napriek tomu si v tak širokom rozmedzí teplôt človek vďaka svojej tepelnej stabilite zachováva aktívnu vitalitu a dostatočnú výkonnosť, keď telesná teplota kolíše v relatívne úzkych medziach – od 36 do 37 °C.
Homeotermia - stálosť telesnej teploty - robí človeka nezávislým od teplotných podmienok pobytu, pretože biochemické reakcie, ktoré zabezpečujú jeho život, sa naďalej vykonávajú na optimálnej úrovni v dôsledku zachovania primeranej aktivity tkanivových enzýmov a vitamínov, ktoré ich poskytujú, katalyzujúce a aktivujúce určité aspekty metabolizmu, tkanivové hormóny, neurotransmitery a ďalšie látky, od ktorých závisí normálne fungovanie organizmu. Posun teploty jedným alebo druhým smerom prudko mení aktivitu týchto látok a u každej z nich v inej miere – v dôsledku toho dochádza k disociácii v aktivite toku jednotlivých aspektov metabolizmu. U poikilotermných, studenokrvných živočíchov, ktorých telesná teplota je určená teplotou okolia (s ňou sa zvyšuje alebo znižuje), sa aktivita ich tkanivových enzýmov ako biologických katalyzátorov mení spolu so zmenami vonkajších tepelných podmienok. Preto pri poklese teploty miera prejavu ich vitálnej aktivity klesá až do úplného zastavenia – takzvanej pozastavenej animácie a pri veľmi vysokej teplote nastáva buď smrť, alebo vysušenie, čo u niektorých poikilotermov je tiež druh pozastavenej animácie. Takže pri zmene vonkajšej teploty sa životná aktivita niektorých druhov hmyzu (kobylka) môže obnoviť po zmrazení na teplotu tekutého dusíka (–189 ° C) a po vysušení. Bol popísaný prípad oživenia, aj keď krátkodobého, obrovského mloka zamrznutého v ľadovci, podľa odborníkov prinajmenšom asi pred 5000 rokmi.
Schopnosť udržiavať stálu telesnú teplotu za rôznych podmienok existencie teda robí teplokrvné živočíchy nezávislými od okolností prírody a schopnými udržať si vysokú úroveň životaschopnosti. Túto schopnosť má na svedomí komplexný systém termoregulácie, ktorý zabezpečuje pokles produkcie tepla a jeho aktívny návrat v prípade nebezpečenstva prehriatia a aktivácie termogenézy s obmedzeným prenosom tepla – v prípade nebezpečenstva podchladenia.
Štatistiky ukazujú, že v Rusku je viac ako 40% všetkých prípadov dočasnej invalidity spôsobených prechladnutím, čo dáva laikovi dôvod považovať termoregulačný systém za nedokonalý. Mnohé skutočnosti však poukazujú na vysokú prirodzenú odolnosť človeka voči pôsobeniu nízkych teplôt. Jogíni teda súťažia pri teplotách pod -20 °C v rýchlosti schnutia mokrej plachty s teplom svojich tiel, sediaci nahí na ľade zamrznutého jazera. Tradičným sa stalo plávanie špeciálne vyškolenými plavcami cez Beringovu úžinu z Aljašky na Čukotku (viac ako 40 km) pri teplote vody +4°C - +6°C. Jakuti potierajú novorodencov snehom a Ostyaky a Tungusovia ich ponárajú do snehu, oblievajú studenou vodou a potom balia do sobích koží... V tomto prípade by sa zrejme skôr malo hovoriť o zvrátenosti dokonalých mechanizmov tzv. ľudská termoregulácia má ďaleko od podmienok, ktoré ich formovali v evolúcii života moderného človeka, ako o nedokonalosti samotných mechanizmov.
Zatiaľ čo väčšina životných funkcií - krvný obeh, dýchanie, trávenie atď. - má nejaký špecifický stavebný a funkčný aparát, termoregulácia takýto orgán nemá a je funkciou celého organizmu ako celku.
Podľa schémy navrhnutej I.P. Pavlovom môže byť teplokrvný organizmus reprezentovaný ako relatívne termostabilné „jadro“ a „škrupina“ so širokým teplotným rozsahom. Jadro, ktorého teplota sa pohybuje od 36,8 do 37,5 ° C, zahŕňa predovšetkým životne dôležité vnútorné orgány: srdce, pečeň, žalúdok, črevá atď. Pozoruhodná je najmä úloha pečene, ktorá má pomerne vysokú teplotu – nad 37,5 °C, a hrubého čreva, ktorého mikroflóra pri svojej životnej činnosti produkuje veľa tepla, ktoré udržuje teplotu susedné tkanivá. Termolabilný obal tvoria končatiny, koža a podkožie, svaly atď. Teplota rôznych častí škrupiny sa značne líši. Teplota prstov na nohách je teda cca 24°C, teplota členkového kĺbu 30–31°C, špička nosa 25°C, podpazušie, konečník 36,5–36,9°C atď. Teplota škrupiny je však veľmi pohyblivá, čo je určené podmienkami životnej činnosti a stavom tela, a preto sa jej hrúbka môže meniť od veľmi tenkej v teple až po veľmi silnú, stláčajúcu jadro - v chlade. Takéto vzťahy medzi jadrom a obalom sú spôsobené tým, že jadro prevažne produkuje teplo (v pokoji), zatiaľ čo druhé musí zabezpečiť zachovanie tohto tepla. To vysvetľuje skutočnosť, že u otužilých ľudí škrupina v chlade rýchlo a spoľahlivo obalí jadro, čím sa zachovajú optimálne podmienky na udržanie činnosti životne dôležitých orgánov a systémov, zatiaľ čo u neotužilcov zostáva škrupina aj za týchto podmienok tenká, vytvorenie hrozby podchladenia jadra (napr. pri poklese teploty pľúc už o 0,5°C hrozí zápal pľúc).
Tepelnú stabilitu tela zabezpečujú najmä dva komplementárne mechanizmy regulácie – fyzikálny a chemický. Fyzická termoregulácia Aktivuje sa hlavne pri nebezpečenstve prehriatia a spočíva v odovzdávaní tepla do okolia. To zahŕňa všetky možné mechanizmy prenosu tepla: tepelné žiarenie, prenos tepla, konvekcia a vyparovanie. Tepelné žiarenie sa uskutočňuje vďaka infračerveným lúčom vyžarujúcim z pokožky, ktorá má vysokú teplotu. Vedenie tepla sa realizuje v dôsledku teplotného rozdielu medzi pokožkou a okolitým vzduchom. Nárast tohto rozdielu je spôsobený hyperémiou - rozšírením kožných ciev a prítokom väčšieho množstva teplej krvi z vnútorných orgánov, a preto sa farba kože v teple stáva ružovou. Zároveň je účinnosť prenosu tepla určená tepelnou vodivosťou a tepelnou kapacitou vonkajšieho prostredia: napríklad tieto ukazovatele pri zodpovedajúcich teplotách pre vodu sú 20–27-krát vyššie ako pre vzduch. Z toho je zrejmé, prečo je pre človeka tepelne pohodlná teplota vzduchu asi 18 ° C a voda - 34 ° C. Prenos tepla odparovaním potu je veľmi účinný, keďže pri odparení 1 ml potu z povrchu tela telo stratí 0,56 kcal tepla. Ak vezmeme do úvahy, že dospelý človek produkuje asi 800 ml potu aj v podmienkach nízkej fyzickej aktivity, potom je účinnosť tejto metódy jasná.
V rôznych podmienkach života sa pomer tepelných strát tak či onak výrazne mení. Telo teda v pokoji a pri optimálnej teplote vzduchu stráca 31 % vytvoreného tepla vedením, 44 % žiarením, 22 % vyparovaním (aj v dôsledku vlhkosti z dýchacích ciest) a 3 % prúdením. So silným vetrom sa zvyšuje úloha konvekcie, so zvýšením vlhkosti vzduchu - vedenie a so zvýšenou prácou - odparovanie (napríklad pri intenzívnej fyzickej aktivite dosahuje odparovanie potu niekedy 3-4 litre za hodinu!).
Účinnosť prenosu tepla tela je mimoriadne vysoká. Biofyzikálne výpočty ukazujú, že porušenie týchto mechanizmov, dokonca aj u človeka v pokoji, by viedlo k zvýšeniu jeho telesnej teploty do hodiny až na 37,5 ° C a po 6 hodinách - až na 46-48 ° C, keď začína nezvratná deštrukcia proteínových štruktúr.
Chemická termoregulácia má osobitný význam, keď existuje nebezpečenstvo podchladenia. Strata vlneného poťahu človeka v porovnaní so zvieratami spôsobila, že bol obzvlášť citlivý na pôsobenie nízkych teplôt, o čom svedčí aj fakt, že človek má takmer 30-krát viac receptorov chladu ako receptorov tepla. Zlepšenie adaptačných mechanizmov na chlad zároveň viedlo k tomu, že človek oveľa ľahšie znáša zníženie telesnej teploty ako jej zvýšenie. Dojčatá teda ľahko tolerujú zníženie telesnej teploty o 3–5 °C, ale je ťažké tolerovať zvýšenie o 1–2 °C. Dospelý bez následkov toleruje podchladenie do 33–34 °C, ale pri prehriatí z vonkajších zdrojov až na 38,6 °C stráca vedomie, hoci s horúčkou z infekcie dokáže udržať vedomie aj pri 42 °C. Zároveň boli zaznamenané prípady oživovania premrznutých ľudí, ktorým teplota kože klesla pod bod mrazu.
Podstatou chemickej termoregulácie je zmena aktivity metabolických procesov v tele: pri vysokej vonkajšej teplote sa znižuje a pri nízkej sa zvyšuje. Štúdie ukazujú, že pri znížení okolitej teploty o 1 ° C u nahej osoby v pokoji sa metabolická aktivita zvyšuje o 10%. (Anestézia a tzv. antipsychotiká však u teplokrvných živočíchov vypínajú vyššie regulačné mechanizmy tepelnej stability a robia ich závislými na teplote okolia a pri ochladení ich telesnej teploty na 32°C spotreba kyslíka klesá na 50 %, pri 20 °C – až 20 %, a pri +1 °С – až 1 % pôvodnej úrovne.)
Osobitný význam pre udržanie telesnej teploty má tonus kostrových svalov, ktorý sa zvyšuje s poklesom okolitej teploty a klesá s otepľovaním. Je príznačné, že tieto procesy prebiehajú tým aktívnejšie, čím nebezpečnejšie je hroziace narušenie tepelnej stability. Svalstvo je teda pri teplote vzduchu 25–28°C (a najmä v kombinácii s vysokou vlhkosťou) do značnej miery uvoľnené a nimi reprodukovaná tepelná energia je zanedbateľná. Naopak, s nebezpečenstvom podchladenia je čoraz dôležitejšie chvenie - nekoordinované kontrakcie svalových vlákien, kedy vonkajšia mechanická práca takmer úplne chýba a takmer všetka energia kontrahujúcich vlákien sa prenáša do termálna energia(Tento jav sa nazýva termogenéza bez chvenia). Nie je teda nič prekvapujúce na tom, že počas triašky sa produkcia tepla v tele môže zvýšiť viac ako trojnásobne a pri namáhavej fyzickej práci až 10-krát alebo viackrát.
Nepochybnú úlohu v chemickej termoregulácii zohrávajú aj pľúca, ktoré v dôsledku zmien v metabolickej aktivite vysokokalorických tukov obsiahnutých v ich štruktúre udržiavajú relatívne konštantnú teplotu, preto pri vysokej vonkajšej teplote krv prúdiaca z pľúca sú chladnejšie a pri nízkej teplote sú teplejšie ako vdychovaný vzduch.
Fyzikálne a chemické mechanizmy termoregulácie pracujú s vysokým stupňom koordinácie v dôsledku prítomnosti zodpovedajúceho centra v diencefale (hypotalame) v centrálnom nervovom systéme, preto pri vysokých teplotách okolia na jednej strane stúpa prenos tepla (v dôsledku zvýšenia teploty pokožky, odparovania potu a pod.) a na druhej strane sa znižuje tvorba tepla (v dôsledku poklesu svalového tonusu, prechodu k absorpcii produktov s menšou energetickou hodnotou telom) ; pri nízkych teplotách naopak: produkcia tepla sa zvyšuje a prenos tepla klesá.
Dokonalé mechanizmy ľudskej termoregulácie teda umožňujú udržiavať optimálnu životaschopnosť v širokom rozsahu vonkajších teplôt.
termoregulácia- Ide o proces, ktorý zabezpečuje schopnosť tela udržiavať telesnú teplotu na určitej úrovni bez ohľadu na okolitú teplotu.
Termoregulačné centrum môže byť excitované humorálne (teplotou pretekajúcej krvi), ako aj reflexne (pri podráždení kožných receptorov teplom alebo chladom). Excitáciou termoregulačného centra sa aktivujú všetky tepelno-regulačné mechanizmy: intenzita oxidačných procesov, tonus kostrového svalstva, vazomotorické reakcie, sekrécia potných žliaz, dýchacie pohyby. Intenzita oxidačných procesov sa môže meniť buď prostredníctvom autonómneho nervového systému, alebo zmenou sekrécie hormónov štítnej žľazy a drene nadobličiek. Reflexne cez vazomotorické, dýchacie a potné centrá nastávajú zmeny svalovej práce, rozšírenie alebo zúženie ciev, sekrécia potu, zmeny dýchacích pohybov.
Cortex
Termoregulačné centrum je zasa pod kontrolou mozgovej kôry. Ak je zviera v určitom prostredí vystavené prehriatiu a dôjde v ňom k zodpovedajúcim regulačným reakciám, potom v ňom po čase samo prostredie (bez prehriatia) vyvolá rovnaké reakcie ako prehriatie. Existuje teda podmienená reflexná reakcia, ku ktorej dochádza za účasti mozgovej kôry.
Teplotné hranice života sú veľmi široké. Spóry mnohých baktérií dokážu vydržať zahriatie až na 150 ° a niektoré z nich nestrácajú životaschopnosť pri teplote blízkej absolútnej nule. Na druhej strane niektoré nálevníky žijú v horúcich prameňoch ostrova Ischia (Taliansko) pri teplote okolo 85 °. Je tu ešte veľa toho, čo tu nie je dobre pochopené. Ryby, hmyz a dokonca aj cicavce možno zmraziť a potom jemne rozmraziť. Napríklad kapry zmrazili na 15 stupňov pod nulou a opäť, postupne hnijúce, priviedli k životu, no mrznúť aspoň jeden stupeň pod 15 je už pre zviera katastrofálne. Je však tiež známe, že keď sa spermie zmrazia na teplotu blízku mínus 200 °C a dlhodobo sa pri tejto teplote skladujú, značná časť z nich si zachová svoju normálnu životaschopnosť a schopnosť oplodnenia.
Na tejto stránke sú materiály k témam:
Mechanizmy prenosu tepla tela v podmienkach chladu a tepla ">
Mechanizmy prenosu tepla tela v podmienkach chladu a tepla: a) redistribúcia krvi medzi cievami vnútorných orgánov a cievami povrchu kože; b) redistribúcia krvi v cievach kože.
Fyzická termoregulácia sa objavila v neskorších štádiách evolúcie. Jeho mechanizmy neovplyvňujú procesy bunkového metabolizmu. Mechanizmy fyzickej termoregulácie sa aktivujú reflexne a ako každý reflexný mechanizmus majú tri hlavné zložky. Po prvé, sú to receptory, ktoré vnímajú zmeny teploty vo vnútri tela alebo prostredia. Druhým článkom je centrum termoregulácie. Tretím článkom sú efektory, ktoré menia procesy prenosu tepla a udržiavajú telesnú teplotu na konštantnej úrovni. V organizme okrem potnej žľazy nie sú vlastné efektory reflexného mechanizmu fyzickej termoregulácie.
Význam fyzickej termoregulácie
Fyzikálna termoregulácia je regulácia prenosu tepla. Jeho mechanizmy zabezpečujú udržiavanie telesnej teploty na konštantnej úrovni ako v podmienkach, keď organizmu hrozí prehriatie, tak aj pri ochladzovaní.
Fyzická termoregulácia sa uskutočňuje zmenami v uvoľňovaní tepla telom. Osobitný význam nadobúda pri udržiavaní stálej telesnej teploty počas pobytu organizmu v podmienkach zvýšenej teploty okolia.
Prenos tepla sa uskutočňuje sálaním tepla (prenos tepla sálaním), konvekciou, teda pohybom a miešaním vzduchu ohrievaného telom, vedením tepla, t.j. odvod tepla látkou v styku s povrchom tela. Charakter prenosu tepla organizmom sa mení v závislosti od intenzity metabolizmu.
Tepelným stratám bráni vrstva nehybného vzduchu, ktorá je medzi odevom a pokožkou, pretože vzduch je zlým vodičom tepla. Vrstva podkožného tukového tkaniva vo veľkej miere bráni prenosu tepla v dôsledku nízkej tepelnej vodivosti tuku.
Regulácia teploty
Teplota kože, a tým aj intenzita tepelného žiarenia a vedenia tepla, sa môže meniť v chladnom alebo horúcom prostredí v dôsledku prerozdelenia krvi v cievach a so zmenami objemu cirkulujúcej krvi.
V chlade sa sťahujú cievy kože, hlavne arterioly; do ciev brušnej dutiny sa dostáva viac krvi a tým je obmedzený prenos tepla. Povrchové vrstvy kože, ktoré prijímajú menej teplej krvi, vyžarujú menej tepla, takže prenos tepla klesá. Okrem toho sa pri silnom ochladení kože otvárajú arteriovenózne anastomózy, čo znižuje množstvo krvi vstupujúcej do kapilár, a tým zabraňuje prenosu tepla.
Redistribúcia krvi, ku ktorej dochádza v chlade - zníženie množstva krvi cirkulujúcej cez povrchové cievy a zvýšenie množstva krvi prechádzajúcej cez cievy vnútorných orgánov - prispieva k zachovaniu tepla vo vnútorných orgánoch, ktorého teplota sa udržiava na konštantnej úrovni.
Keď teplota okolia stúpa, cievy kože sa rozširujú, zvyšuje sa množstvo krvi, ktorá v nich cirkuluje. Objem cirkulujúcej krvi v tele sa zvyšuje aj v dôsledku presunu vody z tkanív do ciev a tiež preto, že slezina a iné krvné depoty uvoľňujú ďalšiu krv do celkového obehu. Zvýšenie množstva krvi cirkulujúcej cez povrchové cievy tela podporuje prenos tepla prostredníctvom žiarenia a konvekcie. Na udržanie konštantnej telesnej teploty pri vysokých teplotách okolia je dôležité aj potenie, ku ktorému dochádza v dôsledku prenosu tepla v procese odparovania vody.
Telesná teplota ľudí a vyšších zvierat je udržiavaná na relatívne konštantnej úrovni aj napriek kolísaniu teploty okolia. Táto stála telesná teplota sa nazýva izotermy.
Izoterma je charakteristická len pre tzv homoiotermický, alebo teplokrvné, zvieratá a neprítomné v poikilotermický, alebo studenokrvné živočíchy, ktorých telesná teplota je premenlivá a len málo sa líši od teploty okolia.
Izotermia v procese ontogenézy sa vyvíja postupne. U novorodenca je schopnosť udržiavať stálu telesnú teplotu ďaleko od dokonalosti. V dôsledku toho môže dôjsť k ochladeniu. (hypotermia) alebo prehriatiu (hypertermia) telo pri okolitých teplotách, ktoré nemajú vplyv na dospelého. Rovnako aj malá svalová práca, ako je dlhotrvajúci plač dieťaťa, môže viesť k zvýšeniu telesnej teploty. Organizmus predčasne narodených detí je ešte menej schopný udržiavať stálu telesnú teplotu, ktorá u nich do značnej miery závisí od teploty prostredia.
K tvorbe tepla dochádza v dôsledku nepretržite prebiehajúcich exotermických reakcií. Tieto reakcie sa vyskytujú vo všetkých orgánoch a tkanivách, ale s rôznou intenzitou. V tkanivách a orgánoch, ktoré vykonávajú aktívnu prácu – v svalovom tkanive, pečeni, obličkách – sa uvoľňuje viac tepla ako v tých menej aktívnych – spojivové tkanivo, kosti, chrupavky.
Strata tepla orgánmi a tkanivami závisí vo veľkej miere od ich polohy: povrchovo umiestnené orgány, ako je koža, kostrové svaly, vydávajú viac tepla a sú ochladzované silnejšie ako vnútorné orgány, ktoré sú pred ochladením viac chránené.
Telesná teplota zdravého človeka je 36,5-36,9 °C. Odpočinok a spánok sú znížené a svalová aktivita zvyšuje telesnú teplotu. Maximálna teplota sa pozoruje o 16-18 hodine, minimálna - o 3-4 hodine. U pracovníkov, ktorí pracujú na dlhé nočné zmeny, je možné zvrátiť kolísanie teploty.
Stálosť telesnej teploty u človeka môže byť zachovaná len vtedy, ak je tvorba tepla a tepelná strata celého organizmu rovnaká. To sa dosahuje prostredníctvom fyziologických mechanizmov termoregulácie. sa prejavuje ako výsledok interakcie procesov tvorby tepla a prenosu tepla, regulovaných neuroendokrinnými mechanizmami. Termoreguláciu zvyčajne delíme na chemickú a fyzikálnu.
Chemická termoregulácia uskutočňované zmenou úrovne tvorby tepla, t.j. posilnenie alebo zoslabenie intenzity látkovej premeny v bunkách tela a je dôležitá pre udržanie stálej telesnej teploty ako za normálnych podmienok, tak aj pri zmene teploty okolia.
K najintenzívnejšej tvorbe tepla v tele dochádza vo svaloch. Aj keď človek nehybne leží, no jeho svaly sú napäté, intenzita oxidačných procesov a zároveň tvorba tepla sa zvýši o 10 %. Malá fyzická aktivita vedie k zvýšeniu tvorby tepla o 50-80% a ťažkej svalovej práci - o 400-500%.
V chladných podmienkach sa zvyšuje tvorba tepla vo svaloch, aj keď človek stojí. Je to spôsobené tým, že ochladzovanie povrchu tela, pôsobiace na receptory, ktoré vnímajú podráždenie chladom, reflexne vybudí chaotické mimovoľné svalové kontrakcie, prejavujúce sa vo forme chvenia (zimnica). Súčasne sa výrazne zvyšujú metabolické procesy v tele, zvyšuje sa spotreba kyslíka a uhľohydrátov svalovým tkanivom, čo má za následok zvýšenie tvorby tepla. Dokonca aj svojvoľné pretrepávanie zvyšuje tvorbu tepla o 200%. Ak sa do tela dostanú myorelaxanciá – látky, ktoré narúšajú prenos nervových vzruchov z nervu do svalu a tým eliminujú reflexné svalové chvenie, aj pri zvýšení teploty okolia dochádza k poklesu telesnej teploty oveľa rýchlejšie.
V chemickej termoregulácii významnú úlohu hrajú aj pečeň a obličky. Teplota krvi pečeňovej žily je vyššia ako teplota krvi pečeňovej tepny, čo naznačuje intenzívnu tvorbu tepla v tomto orgáne. Pri ochladzovaní tela sa zvyšuje produkcia tepla v pečeni.
Uvoľňovanie energie v tele nastáva v dôsledku oxidačného rozkladu bielkovín, tukov a sacharidov; preto všetky mechanizmy, ktoré regulujú oxidačné procesy, regulujú aj tvorbu tepla.
Fyzická termoregulácia uskutočňované zmenami vo výdaji tepla telom. Osobitný význam nadobúda pri udržiavaní stálej telesnej teploty počas pobytu organizmu v podmienkach zvýšenej teploty okolia.
Prenos tepla sa uskutočňuje pomocou tepelné žiarenie (prenos tepla sálaním), alebo konvekcia, tie. pohyb a pohyb ohriateho vzduchu, vedenie tepla, tie. prenos tepla látkam v priamom kontakte s povrchom tela, a odparovanie vody z povrchu kože a pľúc.
U ľudí je za normálnych podmienok strata tepla vedením malá, pretože vzduch a odev sú zlými vodičmi tepla. Žiarenie, vyparovanie a konvekcia prebiehajú s rôznou intenzitou v závislosti od teploty okolia. U človeka v pokoji pri teplote vzduchu okolo 20 °C a celkovom prenose tepla 419 kJ (100 kcal) za hodinu sa stratí 66 % pomocou žiarenia, 19 % odparovaním vody a 15 % z celkovej straty telesného tepla v dôsledku konvekcie. Keď teplota okolia stúpne na 35 °C, prenos tepla sálaním a konvekciou sa stáva nemožným a telesná teplota sa udržiava na konštantnej úrovni iba odparovaním vody z povrchu kože a pľúcnych mechúrikov.
Oblečenie znižuje prenos tepla. Tepelným stratám bráni vrstva nehybného vzduchu, ktorá je medzi odevom a pokožkou, pretože vzduch je zlým vodičom tepla. Tepelno-izolačné vlastnosti oblečenia sú tým vyššie, čím jemnejšia je bunková štruktúra jeho štruktúry, ktorá obsahuje vzduch. To vysvetľuje dobré tepelno-izolačné vlastnosti vlnených a kožušinových odevov. Teplota vzduchu pod oblečením je 30°C. Naopak, nahé telo stráca teplo, keďže vzduch na jeho povrchu sa neustále nahrádza. Preto je teplota pokožky nahých častí tela oveľa nižšia ako u oblečených.
V chlade sa cievy kože, hlavne arterioly, zužujú: do ciev brušnej dutiny sa dostáva viac krvi, a tým je prenos tepla obmedzený. Povrchové vrstvy kože, ktoré prijímajú menej teplej krvi, vyžarujú menej tepla - prenos tepla klesá. Pri silnom ochladzovaní kože navyše dochádza k otváraniu arteriovenóznych anastomóz, čo znižuje množstvo krvi vstupujúcej do kapilár, a tým zabraňuje prenosu tepla.
Redistribúcia krvi, ku ktorej dochádza v chlade - zníženie množstva krvi cirkulujúcej cez povrchové cievy a zvýšenie množstva krvi prechádzajúcej cez cievy vnútorných orgánov - prispieva k zachovaniu tepla vo vnútorných orgánoch. .
Keď teplota okolia stúpa, cievy kože sa rozširujú, zvyšuje sa množstvo krvi, ktorá v nich cirkuluje. Objem cirkulujúcej krvi v tele sa zvyšuje aj v dôsledku presunu vody z tkanív do ciev a tiež preto, že slezina a iné krvné depoty uvoľňujú ďalšiu krv do celkového obehu. Zvýšenie množstva krvi cirkulujúcej cez povrchové cievy tela podporuje prenos tepla prostredníctvom žiarenia a konvekcie.
Pre udržanie konštantnej teploty ľudského tela pri vysokej teplote okolia má primárny význam odparovanie potu z povrchu kože, ktoré závisí od relatívnej vlhkosti vzduchu. Vo vzduchu nasýtenom vodnou parou sa voda nemôže odparovať. Preto pri vysokej vlhkosti atmosférického vzduchu je vysoká teplota ťažšie tolerovaná ako pri nízkej vlhkosti. Vo vzduchu nasýtenom vodnou parou (napríklad vo vani) sa uvoľňuje pot vo veľkom počte, ale neodparuje sa a steká z pokožky. Takéto potenie neprispieva k uvoľňovaniu tepla: pre prenos tepla je dôležitá len tá časť potu, ktorá sa odparuje z povrchu pokožky (táto časť potu je tzv. efektívne potenie).
Oblečenie nepriepustné pre vzduch (guma a pod.), ktoré bráni odparovaniu potu, je zle znášané: vrstva vzduchu medzi oblečením a telom sa rýchlo nasýti parami a ďalšie vyparovanie potu sa zastaví.
Osoba neznáša relatívne nízku teplotu okolia (32 ° C) vo vlhkom vzduchu. V úplne suchom vzduchu vydrží človek bez citeľného prehriatia 2-3 hodiny pri teplote 50-55°C.
Keďže časť vody sa vyparuje pľúcami vo forme pár, ktoré nasýtia vydychovaný vzduch, na udržiavaní telesnej teploty na konštantnej úrovni sa podieľa aj dýchanie. Pri vysokej teplote okolia je dýchacie centrum reflexne excitované, pri nízkej je utlmené, dýchanie sa stáva menej hlbokým.
Stálosť telesnej teploty je teda udržiavaná spoločným pôsobením na jednej strane mechanizmov regulujúcich intenzitu metabolizmu a na ňom závislú tvorbu tepla (chemická regulácia tepla) a na druhej strane mechanizmy, ktoré regulujú prenos tepla (fyzikálna regulácia tepla) (obr. 9.10) .
Ryža. 9.10.
Izotermická regulácia. Regulačné reakcie, ktoré udržujú stálu telesnú teplotu, sú komplexné reflexné akty, ktoré sa vyskytujú ako reakcia na tepelnú stimuláciu kožných receptorov, kože a podkožných ciev, ako aj samotného centrálneho nervového systému. Tieto receptory, ktoré vnímajú chlad a teplo, sa nazývajú termoreceptory. Pri relatívne konštantnej teplote okolia prichádzajú rytmické impulzy z receptorov v centrálnom nervovom systéme, čo odráža ich tonickú aktivitu. Frekvencia týchto impulzov je maximálna pre chladové receptory kože a kožných ciev pri teplote 20-30 °C a pre kožné tepelné receptory - pri teplote 38-43 °C. Pri prudkom ochladení pokožky sa frekvencia impulzov v studených receptoroch zvyšuje a pri rýchlom otepľovaní sa znižuje alebo sa zastaví. Tepelné receptory reagujú na rovnaké poklesy teploty opačne. Tepelné a chladové receptory CNS reagujú na zmeny teploty krvi prúdiacej do nervových centier (centrálne termoreceptory). Hlavnú časť tepla produkujú kostrové svaly a vnútorné orgány, ktoré tvoria jadro a koža vytvára škrupinu zameranú na zadržiavanie alebo odvod tepla z tela (obr. 9.11).
Ryža. 9.11.
Hypotalamus obsahuje hlavné termoregulačné centrá, ktoré koordinujú početné a zložité procesy zabezpečujúce uchovanie telesnej teploty na konštantnej úrovni. Dokazuje to skutočnosť, že deštrukcia hypotalamu má za následok stratu schopnosti regulovať telesnú teplotu a robí zviera poikilotermickým, zatiaľ čo odstránenie mozgovej kôry, striata a talamu výrazne neovplyvňuje procesy tvorby tepla a tepla. prevod.
Na realizácii hypotalamickej regulácie telesnej teploty sa podieľajú endokrinné žľazy, hlavne štítna žľaza a nadobličky.
Účasť štítnej žľazy na termoregulácii dokazuje skutočnosť, že zavedenie krvného séra iného zvieraťa, ktoré bolo dlhodobo v chlade, do krvi zvieraťa, spôsobuje zvýšenie metabolizmu v prvom. Tento účinok sa pozoruje iba vtedy, keď je štítna žľaza zachovaná u druhého zvieraťa. Je zrejmé, že počas pobytu v ochladzovacích podmienkach dochádza k zvýšenému uvoľňovaniu hormónu štítnej žľazy do krvi, čo zvyšuje metabolizmus a následne aj tvorbu tepla.
Účasť nadobličiek na termoregulácii je spôsobená uvoľňovaním adrenalínu do krvi, ktorý zosilnením oxidačných procesov v tkanivách, najmä vo svaloch, zvyšuje tvorbu tepla a sťahuje kožné cievy, čím znižuje prenos tepla. Preto môže adrenalín spôsobiť zvýšenie telesnej teploty ( adrenalínová hypertermia).
Hypotermia a hypertermia. Ak je človek dlhodobo v podmienkach výrazne zvýšenej alebo zníženej okolitej teploty, potom môžu byť mechanizmy fyzikálnej a chemickej termoregulácie tepla, vďaka ktorým zostáva telesná teplota za normálnych podmienok konštantná, nedostatočné: hypotermia tela nastáva alebo prehriatie - hypertermia.
Podchladenie - stav, pri ktorom telesná teplota klesne pod 35 °C. Podchladenie nastáva najrýchlejšie pri ponorení do studenej vody. V tomto prípade sa najprv pozoruje excitácia sympatického nervového systému, reflexne sa obmedzí prenos tepla a zvýši sa tvorba tepla. To posledné je uľahčené svalovou kontrakciou - svalovým chvením. Po chvíli sa telesná teplota stále začína znižovať. V tomto prípade sa pozoruje stav podobný anestézii: vymiznutie citlivosti, oslabenie reflexných reakcií a zníženie excitability nervových centier. Prudko klesá intenzita metabolizmu, spomalí sa dýchanie, spomalia sa srdcové kontrakcie, zníži sa srdcový výdaj, krvný tlak (pri telesnej teplote 24-25°C môže byť 15-20% pôvodného).
IN posledné roky umelo vytvorená hypotermia s ochladzovaním tela na 24-28°C sa používa na chirurgických ambulanciách, ktoré vykonávajú operácie srdca a centrálneho nervového systému. Zmyslom tejto udalosti je, že hypotermia výrazne znižuje metabolizmus mozgu a následne aj potrebu kyslíka v tomto orgáne. V dôsledku toho je možné dlhšie krvácanie do mozgu (namiesto 3-5 minút pri normálnej teplote na 15-20 minút pri 25-28 ° C), čo znamená, že počas hypotermie pacienti ľahšie tolerujú dočasné vypnutie srdcovej činnosti a zástava dýchania.
Kryoterapia sa využíva aj pri niektorých iných ochoreniach.
Hypertermia - stav, kedy telesná teplota stúpne nad 37 °C. Vyskytuje sa pri dlhšom vystavení vysokým okolitým teplotám, najmä keď je vzduch vlhký, a preto je málo efektívne potenie. Hypertermia môže nastať aj pod vplyvom niektorých endogénnych faktorov, ktoré zvyšujú tvorbu tepla v tele (tyroxín, mastné kyseliny atď.). Ostrá hypertermia, pri ktorej telesná teplota dosahuje 40-41 ° C, je sprevádzaná ťažkým celkovým stavom tela a nazýva sa úpal.
Takáto zmena teploty by sa mala odlíšiť od hypertermie, keď sa vonkajšie podmienky nemenia, ale je narušený skutočný proces termoregulácie. Príkladom takejto poruchy je infekčná horúčka. Jedným z dôvodov jeho výskytu je vysoká citlivosť hypotalamických centier regulácie výmeny tepla na určité chemické zlúčeniny najmä na bakteriálne toxíny.
Rovnováha faktorov zodpovedných za produkciu tepla a prenos tepla je teda hlavným mechanizmom termoregulácie.
Otázky a úlohy
- 1. Aká je úloha bielkovín v tele? Čo je podstatou regulácie metabolizmu bielkovín?
- 2. Aká je úloha sacharidov v tele? Čo je podstatou regulácie metabolizmu sacharidov?
- 3. Aká je úloha tukov v tele? Čo je podstatou regulácie metabolizmu tukov?
- 4. Aký význam majú vitamíny v živote človeka?
- 5. Hodnota fyzikálnej a chemickej termoregulácie v organizme. Vysvetlite odpoveď.
- 6. Na chirurgických ambulanciách, ktoré vykonávajú operácie srdca a centrálneho nervového systému, sa v posledných rokoch v praxi využíva umelo vytvorená hypotermia s ochladzovaním tela na 24-28 °C. Aký je zmysel tohto podujatia?