Sıcaklık regülasyonu, ısı üretimi (kimyasal termoregülasyon) ve ısı transferi (fiziksel termoregülasyon) işlemlerinin koordine edilmesinden oluşur.
Isı üretim süreçleri. Metabolik süreçler nedeniyle tüm organlarda ısı üretimi meydana gelir. Bu nedenle, kural olarak organlardan uzaklaşan kanın sıcaklığı, içeri akandan daha yüksektir. Ancak farklı organların ısı üretimindeki rolü farklıdır. Dinlenme durumunda, karaciğer toplam ısı üretiminin yaklaşık% 20'sini oluşturur, diğer iç organlar -% 56,% 20, iskelet kaslarındaki fiziksel aktivite sırasında -% 90'a kadar, iç organlar - sadece% 8.
Bu nedenle, kasılmaları sırasında kaslar güçlü bir ısı üretimi rezerv kaynağıdır. Hareket sırasında metabolizma aktivitelerindeki değişiklikler, ısı üretiminin ana mekanizmasıdır. Çeşitli hareketler arasında, ısı üretiminde kas katılımının çeşitli aşamaları ayırt edilebilir.
1. Termoregülatör ton. Bu durumda kaslar kasılmaz. Sadece tonları ve metabolizmaları artar. Bu ton genellikle boyun, gövde ve uzuv kaslarında oluşur. Sonuç olarak ısı üretimi %50-100 oranında artar.
2. Titreme bilinçsizce meydana gelir ve yüksek eşikli motor ünitelerinin termoregülatör tonun arka planına karşı periyodik aktivitesinden oluşur. Titreme sırasında, tüm enerji yalnızca artan ısı üretimine yönlendirilirken, normal hareket sırasında enerjinin bir kısmı ilgili uzuvun hareket ettirilmesine ve bir kısmı da termogeneze harcanır. Çalkalandığında ısı üretimi 2-3 kat artar. Titreme sıklıkla boyun ve yüz kaslarında başlar. Bu durum öncelikle beyne akan kanın sıcaklığının artması gerektiği ile açıklanmaktadır.
3. İstemli kasılmalar kas kasılmasının bilinçli olarak artmasından oluşur. Bu, ilk iki aşamanın yeterli olmadığı düşük dış sıcaklık koşullarında gözlenir. İstemli kasılmalarla ısı üretimi 10-20 kat artabilir.
A-motonöronların diğer dokulardaki fonksiyon ve metabolizma / kaslar üzerindeki etkisiyle dovyazan kaslarında ısı üretiminin düzenlenmesi - sempatik gergin sistem ve katekolaminler (metabolik hızı %50 artırır) ve hormonların, özellikle de ısı üretimini neredeyse iki katına çıkaran tiroksinin etkisi.
Termojenezde önemli bir rol, hidroliz sırasında karbonhidratlardan (4,1 kcal/g) önemli ölçüde daha fazla enerji (9,3 kcal/g) açığa çıkaran lipitlerdir. Kahverengi yağ, özellikle çocuklarda özellikle önemlidir.
Isı transfer süreçleri aşağıdaki şekillerde meydana gelir - radyasyon, konveksiyon, buharlaşma ve termal iletkenlik.
Radyasyon, uzun dalga kızılötesi radyasyon kullanılarak meydana gelir. Bu, sıcak cilt ile soğuk duvarlar ve diğer nesneler arasında bir sıcaklık farkı gerektirir. çevre. Dolayısıyla radyasyon miktarı derinin sıcaklığına ve yüzeyine bağlıdır.
Isı iletimi vücudun nesnelerle (sandalye, yatak vb.) doğrudan teması yoluyla gerçekleşir. Bu durumda, daha fazla ısıtılmış bir gövdeden daha az ısıtılmış bir nesneye ısı transferinin hızı, sıcaklık gradyanı ve bunların termal temini ile belirlenir. Bir kişi sudayken bu yoldan ısı transferi önemli ölçüde (14 kat) artar. Kısmen iletim yoluyla ısı iç organlardan vücut yüzeyine aktarılır. Ancak yağın düşük ısı iletkenliği nedeniyle bu süreç yavaşlar.
Konveksiyon yolu. Vücudun yüzeyi ile temas halinde olan hava, bir sıcaklık gradyanı varlığında ısınır. Aynı zamanda hafifler ve vücuttan yükselerek yeni hava bölümlerine yer açar. Böylece ısının bir kısmını uzaklaştırır. Ek hava hareketi nedeniyle doğal konveksiyonun yoğunluğu artırılabilir, bu da vücuda akışındaki engelleri azaltır (uygun giysilerle).
Terin buharlaşması. Oda sıcaklığında, çıplak bir kişide buharlaşma nedeniyle ısının yaklaşık %20'si açığa çıkar.
Termal iletkenlik konveksiyon ve radyasyon fizik yasalarına dayanan pasif ısı transfer yollarıdır. Yalnızca pozitif sıcaklık gradyanı korunduğu takdirde etkilidirler. Vücut ile çevre arasındaki sıcaklık farkı ne kadar küçük olursa, o kadar az ısı açığa çıkar. Aynı göstergelerde veya yüksek ortam sıcaklıklarında, bahsedilen yollar sadece etkisiz olmakla kalmaz, aynı zamanda vücut ısınır. Bu koşullar altında vücutta terleme ve buharlaşma süreçleriyle ilişkili yalnızca bir ısı salınım mekanizması etkinleştirilir. Burada hem fiziksel yasalar (buharlaşma süreci için enerji tüketimi) hem de biyolojik yasalar (terleme) kullanılmaktadır. 1 ml terin buharlaşması için 0,58 kcal harcanması cildin soğumasını kolaylaştırır. Eğer olmazsa
terin buharlaşması, ısı transferinin verimliliği keskin bir şekilde azalır. M
Suyun buharlaşma hızı, sıcaklık gradyanına ve çevredeki havadaki su buharının doygunluğuna bağlıdır. Nem ne kadar yüksek olursa, bu ısı transfer yolu o kadar az verimli olur. Suya girdiğinizde veya kalın giysiler giydiğinizde ısı transferinin verimliliği keskin bir şekilde azalır. Bu durumda vücut terleme eksikliğini terlemeyi artırarak telafi etmek zorunda kalır.
Buharlaşmanın iki mekanizması vardır: a) terleme - ter bezlerinin katılımı olmadan b) buharlaşma - ter bezlerinin aktif katılımıyla.
Terleme- Suyun akciğerlerin yüzeyinden, mukoza zarlarından ve her zaman ıslak olan deriden buharlaşması. Bu buharlaşma düzenlenmez, çevredeki havanın sıcaklık gradyanına ve nemine bağlıdır, değeri yaklaşık 600 ml/gün'dür. Nem ne kadar yüksek olursa, bu tür ısı transferi o kadar az etkili olur.
Ter salgısının mekanizması. Ter bezi iki bölümden oluşur: deri altı katmanda bulunan bezin kendisi ve cilt yüzeyinde açılan boşaltım kanalları. Bezde birincil bir salgı oluşur ve yeniden emilim nedeniyle kanallarda ikincil bir salgı olan ter oluşur.
Birincil salgısı kan plazmasına benzer. Aradaki fark, bu salgıda protein ve glukoz bulunmaması, daha az Na+ içermesidir. Böylece, ilk terde sodyum konsantrasyonu yaklaşık 144 nmol/l, klor ise 104 nmol/l'dir. Ter boşaltım kanallarından geçerken bu iyonlar aktif olarak emilir ve su emilimi sağlanır. Emilim süreci büyük oranda terin oluşum ve ilerleme hızına bağlıdır; bu süreçler aktif oldukça Na+ ve Cl- miktarı artar. Ağır terlemede bu iyonların konsantrasyonu yarıya kadar terde kalabilir. Şiddetli terlemeye üre (plazmadakinden 4 kat daha yüksek) ve potasyum (plazmadakinden 1,2 kat daha yüksek) konsantrasyonunda bir artış eşlik eder. Yüksek düzeyde ozmotik basınç oluşturan toplam yüksek iyon konsantrasyonu, yeniden emilimin azalmasını ve ter yoluyla büyük miktarda suyun salınmasını sağlar.
Aşırı terleme ile çok miktarda NaCl israf edilebilir (günde 15-30 g'a kadar). Ancak vücutta ağır terleme sırasında bu önemli iyonların tutulmasını sağlayacak mekanizmalar vardır. Adaptasyon süreçlerinde rol oynarlar, özellikle aldosteron Na + yeniden emilimini arttırır.
Ter bezlerinin fonksiyonları özel mekanizmalar tarafından düzenlenir. Aktiviteleri sempatik sinir sisteminden etkilenir, ancak buradaki aracı asetilkolindir. Salgı hücrelerinde M-kolinerjik reseptörlerin yanı sıra kan hormonu katekolaminlerine yanıt veren adrenerjik reseptörler de bulunur. Ter bezlerinin fonksiyonunun aktivasyonuna kan akışında bir artış eşlik eder.
Salgılanan ter miktarı 1,5 l/saat'e ve uyumlu kişilerde 3 l/saat'e kadar ulaşabilir.
Oda sıcaklığında, çıplak bir kişide ısının yaklaşık %60'ı radyasyon, yaklaşık %12-15'i hava taşınımı, yaklaşık %20'si buharlaşma, %2-5'i termal iletkenlik nedeniyle yayılır. Ancak bu oran bir takım koşullara, özellikle de ortam sıcaklığına bağlıdır.
Isı transfer süreçlerinin düzenlenmesindeki ana rol, cilde kan akışındaki değişikliklerle oynanır. Deri damarlarının daralması ve arteriyovenöz anastomozların açılması, çekirdekten membrana daha az ısı akışına ve bunun vücutta tutulmasına katkıda bulunur. Aksine deri damarlarının genişlemesiyle sıcaklığı 7-8°C kadar artabilir. Aynı zamanda ısı transferi de artar.
Geleneksel olarak cilt, vücudun radyatör sistemi olarak adlandırılabilir. Derideki kan akışı %0 ila %30 IOC arasında değişebilir. Cildin damar tonusu sempatik sinir sistemi tarafından kontrol edilir.
Dolayısıyla vücut sıcaklığı, ısı üretimi ve ısı transferi süreçleri arasındaki dengedir. Isı üretimi, ısı kaybının önüne geçtiğinde vücut ısısı yükselir ve tam tersine, ısı kaybı ısı üretiminden fazlaysa vücut ısısı düşer.
TERMOREGÜLASYON VE SAĞLIK
İnsan yaşam alanı, hava sıcaklığının bazen -86°C'ye ulaştığı kutup bölgelerinden, en sıcak bölgelerde gölgede +50°C'ye yaklaşan ekvator savanlarına ve çöllere kadar uzanır! Bununla birlikte, bu kadar geniş bir sıcaklık aralığında, vücut sıcaklığı nispeten dar sınırlar içinde - 36 ila 37 ° C arasında dalgalandığında, kişi termal stabilitesi nedeniyle aktif canlılığı ve yeterli performansı korur.
Homeotermi – vücut ısısının sabitliği - bir kişiyi ikamet ettiği sıcaklık koşullarından bağımsız kılar, çünkü yaşamını sağlayan biyokimyasal reaksiyonlar, bunları sağlayan doku enzimlerinin ve vitaminlerin yeterli aktivitesinin korunması nedeniyle optimal seviyede gerçekleştirilmeye devam eder, Vücudun normal işleyişinin bağlı olduğu metabolizmanın, doku hormonlarının, nörotransmitterlerin ve diğer maddelerin belirli yönlerini katalize etmek ve aktive etmek. Sıcaklıkta bir yönde veya başka bir yönde bir değişiklik, bu maddelerin aktivitesini ve bunların her biri için değişen derecelerde keskin bir şekilde değiştirir - sonuç olarak, metabolizmanın bireysel yönlerinin aktivitesinde bir kopukluk meydana gelir. Vücut sıcaklığı ortam sıcaklığına göre belirlenen (ikincisiyle birlikte artar veya azalır) poikilotermik, soğukkanlı hayvanlarda, biyolojik katalizörler olarak doku enzimlerinin aktivitesi, dış termal koşullardaki değişikliklerle birlikte değişir. Bu nedenle, sıcaklık düştüğünde, yaşamsal aktivitelerinin tezahür derecesi tamamen durana kadar azalır - sözde askıya alınmış animasyon ve çok yüksek bir sıcaklıkta, bazı poikilotermlerde olduğu gibi ölüm veya kuruma meydana gelir. aynı zamanda bir tür askıya alınmış animasyon. Böylece, dış sıcaklıktaki bir değişiklikle, bazı böceklerin (çekirgeler) yaşamsal aktivitesi, hem sıvı nitrojen sıcaklığına (-189°C) dondurulduktan sonra hem de kurutulduktan sonra eski haline döndürülebilir. Uzmanlara göre en az yaklaşık 5.000 yıl önce bir buzulda donmuş dev bir semenderin kısa ömürlü de olsa yeniden canlandığına dair bir vaka anlatıldı.
Böylece farklı yaşam koşullarında vücut ısısını sabit tutabilmeleri, sıcakkanlı hayvanları doğa koşullarından bağımsız ve yüksek bir canlılık düzeyine sahip kılmaktadır. Bu yetenek, aşırı ısınma tehlikesi durumunda ısı üretiminde bir azalma ve aktif ısı transferinde azalma ve ısı transferi sınırlı olduğunda - hipotermi tehlikesi durumunda termojenezin aktivasyonu sağlayan karmaşık bir termoregülasyon sisteminden kaynaklanmaktadır.
İstatistikler, Rusya'daki tüm geçici sakatlık vakalarının %40'ından fazlasının soğuk algınlığından kaynaklandığını gösteriyor; bu da ortalama bir insana termoregülasyon sisteminin kusurlu olduğunu düşünmesi için neden veriyor. Bununla birlikte, düşük sıcaklıklara karşı yüksek doğal insan direncini gösteren birçok gerçek vardır. Böylece yogiler, donmuş bir gölün buzunun üzerinde çıplak oturarak -20°C'nin altındaki sıcaklıklarda, vücutlarının ısısıyla ıslak çarşafları kurutma hızında yarışırlar. Özel eğitimli yüzücülerin Bering Boğazı'ndan Alaska'dan Chukotka'ya (40 km'den fazla) +4°C - +6°C su sıcaklığında yüzmeleri geleneksel hale geldi. Yakutlar yeni doğan bebekleri karla ovalar, Ostyaklar ve Tunguzlar ise onları kara batırır, üzerlerine soğuk su döker ve sonra ren geyiği derilerine sararlar... Bu durumda, görünüşe göre, mükemmel mekanizmanın sapkınlığından bahsetmek gerekiyor. evrim yaşamında onları oluşturan koşullardan uzak koşullar tarafından insanın termoregülasyonu modern adam mekanizmaların kendilerinin kusurlu olmasından daha fazlası.
Yaşamsal işlevlerin çoğu (kan dolaşımı, solunum, sindirim vb.) belirli yapısal ve işlevsel aygıtlara sahipken, termoregülasyon böyle bir organa sahip değildir ve bir bütün olarak organizmanın tamamının bir işlevidir.
I.P. Pavlov tarafından önerilen şemaya göre, sıcakkanlı bir organizma, nispeten ısıya dayanıklı bir "çekirdek" ve geniş bir sıcaklık aralığına sahip bir "kabuk" olarak temsil edilebilir. Sıcaklığı 36,8-37,5 ° C arasında değişen çekirdek, esas olarak hayati önem taşıyan iç organları içerir: kalp, karaciğer, mide, bağırsaklar vb. Nispeten yüksek bir sıcaklığa (37,5 ° C'nin üzerinde) sahip olan karaciğerin ve mikroflorası hayati aktiviteleri sırasında çok fazla ısı üreten ve vücudun korunmasını sağlayan kalın bağırsağın rolü özellikle dikkat çekicidir. Bitişik dokuların sıcaklığı. Termolabil kabuk uzuvlardan, deriden ve deri altı dokulardan, kaslardan vb. oluşur. Kabuğun farklı bölümlerinin sıcaklığı büyük ölçüde değişir. Böylece ayak parmaklarının sıcaklığı yaklaşık 24°C, ayak bileği eklemi 30–31°C, burun ucu 25°C, koltuk altı, rektum 36,5–36,9°C vb. olur. Bununla birlikte, kabuğun sıcaklığı çok esnektir, bu da yaşam koşullarına ve vücudun durumuna göre belirlenir, bu nedenle kalınlığı sıcakta çok inceden çok güçlüye kadar değişebilir ve soğukta çekirdeği sıkıştırır. Çekirdek ve kabuk arasındaki böyle bir ilişki, birincisinin öncelikle ısı üretmesi (durgun halde) ve ikincisinin bu ısının korunmasını sağlaması gerektiği gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Sertleşmiş insanlarda kabuğun çekirdeği soğukta hızlı ve güvenilir bir şekilde sararak hayati organların ve sistemlerin aktivitesini sürdürmek için en uygun koşulları korurken, sertleşmemiş insanlarda kabuğun bu koşullar altında bile ince kalması durumunu tam olarak açıklayan şey budur. çekirdeğin hipotermi tehlikesi (örneğin, akciğerlerdeki sıcaklık sadece 0,5°C'ye düştüğünde zatürre tehlikesi ortaya çıkar).
Vücudun termal stabilitesi temel olarak iki tamamlayıcı düzenleyici mekanizma tarafından sağlanır - fiziksel ve kimyasal. Fiziksel termoregülasyon Esas olarak aşırı ısınma tehlikesi olduğunda devreye girer ve ısının çevreye salınmasını içerir. Bu durumda, olası tüm ısı transfer mekanizmaları dahil edilmiştir: ısı radyasyonu, ısı değişimi, konveksiyon ve buharlaşma. Termal radyasyon, yüksek sıcaklığa sahip ciltten yayılan kızılötesi ışınlar nedeniyle gerçekleştirilir. Isı iletimi, cilt ile çevredeki hava arasındaki sıcaklık farkından dolayı gerçekleşir. Bu fark, hiperemi - cilt damarlarının genişlemesi ve iç organlardan daha fazla sıcak kan akışı nedeniyle artar, bu nedenle sıcakta cildin rengi pembeye döner. Bu durumda, ısı transferinin verimliliği, dış ortamın ısıl iletkenliği ve ısı kapasitesi ile belirlenir: bu nedenle, su için karşılık gelen sıcaklıklarda bu göstergeler havaya göre 20-27 kat daha yüksektir. Bu, insanlar için ısıyla konforlu hava sıcaklığının neden yaklaşık 18°C ve su sıcaklığının 34°C olduğunu açıkça ortaya koyuyor. Terin buharlaşmasıyla oluşan ısı transferi oldukça etkilidir, çünkü vücut yüzeyinden 1 ml ter buharlaştığında vücut 0,56 kcal ısı kaybeder. Bir yetişkinin düşük fiziksel aktivite koşullarında bile yaklaşık 800 ml ter ürettiğini düşünürsek bu yöntemin etkinliği netleşir.
Farklı yaşam koşullarında, ısı kaybının oranı şu ya da bu şekilde gözle görülür şekilde değişir. Böylece, dinlenme halinde ve optimum hava sıcaklığında vücut, üretilen ısının %31'ini iletim yoluyla, %44'ünü radyasyonla, %22'sini buharlaşmayla (solunum yolundaki nem nedeniyle) ve %3'ünü konveksiyonla kaybeder. Kuvvetli bir rüzgarla, hava nemi arttıkça - iletim ve yoğun çalışma - buharlaşma ile konveksiyonun rolü artar (örneğin, yoğun fiziksel aktivite ile terin buharlaşması bazen saatte 3-4 litreye ulaşır!).
Vücuttan ısı transferinin verimliliği son derece yüksektir. Biyofiziksel hesaplamalar, bu mekanizmaların bozulmasının, istirahat halindeki bir insanda bile, vücut sıcaklığının bir saat içinde 37,5 ° C'ye ve 6 saat sonra proteinin geri dönüşü olmayan bir şekilde yok edilmesi durumunda 46-48 ° C'ye yükselmesine yol açacağını göstermektedir. yapılar başlıyor.
Kimyasal termoregülasyon Hipotermi riski olduğunda özellikle önem kazanır. İnsanın hayvanlara göre kürk kaybı, onu özellikle düşük sıcaklıkların etkilerine karşı hassas hale getirmiştir; bu, insanların ısı reseptörlerinden neredeyse 30 kat daha fazla soğuk reseptörüne sahip olduğu gerçeğiyle kanıtlanmıştır. Aynı zamanda soğuğa uyum mekanizmalarının gelişmesi, kişinin vücut ısısındaki azalmayı artıştan çok daha kolay tolere etmesine yol açmıştır. Böylece bebekler vücut sıcaklığındaki 3-5°C'lik bir düşüşü kolaylıkla tolere edebilir, ancak 1-2°C'lik bir artışı zorlukla karşılayabilirler. Bir yetişkin herhangi bir sonuç olmaksızın 33-34°C'ye kadar hipotermiyi tolere eder, ancak dış kaynaklardan 38,6°C'ye kadar aşırı ısındığında bilincini kaybeder, ancak enfeksiyondan kaynaklanan ateşle 42°C'de bile bilincini koruyabilir. Aynı zamanda, cilt sıcaklığı donma noktasının altına düşen donmuş insanların yeniden canlandığı vakalar da yaşandı.
Kimyasal termoregülasyonun özü vücuttaki metabolik süreçlerin aktivitesini değiştirmektir: yüksek dış sıcaklıklarda azalır ve düşük sıcaklıklarda artar. Araştırmalar, ortam sıcaklığı 1°C düştüğünde, istirahat halindeki çıplak bir insanda metabolik aktivitenin %10 oranında arttığını göstermektedir. (Ancak sıcakkanlı hayvanlarda anestezi ve nöroleptik adı verilen yüksek düzenleyici termostabilite mekanizmalarının kapatılması, onları ortam sıcaklığına bağımlı hale getirir ve vücut sıcaklıkları 32°C'ye soğutulduğunda oksijen tüketimleri %50, 20°C'de - %20'ye ve +1°С'de - başlangıç seviyesinin %1'ine kadar.)
Vücut sıcaklığının korunmasında özellikle önemli olan, ortam sıcaklığının azalmasıyla artan ve ısınmayla azalan iskelet kaslarının tonudur. Bu süreçlerin daha aktif ilerlemesi önemlidir, termal stabilitenin yaklaşan ihlali ne kadar tehlikeli olursa. Böylece, 25-28°C hava sıcaklığında (ve özellikle yüksek nemle birlikte), kaslar büyük ölçüde gevşer ve ürettikleri termal enerji ihmal edilebilir düzeyde olur. Aksine, hipotermi tehlikesi olduğunda, titreme giderek daha önemli hale gelir - kas liflerinin koordinasyonsuz kasılmaları, dış mekanik iş neredeyse tamamen yok olduğunda ve kasılan liflerin neredeyse tüm enerjisi harcanır. Termal enerji(bu olguya kontraktil olmayan termojenez denir). Bu nedenle, titreme sırasında vücudun ısı üretiminin üç kattan fazla artması ve ağır fiziksel çalışma sırasında 10 kat veya daha fazla artması şaşırtıcı değildir.
Akciğerler ayrıca, yapılarında bulunan yüksek kalorili yağların metabolik aktivitesindeki değişiklikler nedeniyle nispeten sabit bir sıcaklığı koruyan kimyasal termoregülasyonda da şüphesiz bir rol oynar - bu nedenle yüksek dış sıcaklıklarda akciğerlerden kan akar. daha soğuktur ve düşük sıcaklıklarda solunan havadan daha sıcaktır.
Termoregülasyonun fiziksel ve kimyasal mekanizmaları, merkezi sinir sisteminde diensefalondaki (hipotalamus) karşılık gelen merkezin varlığı nedeniyle yüksek derecede koordinasyonla çalışır, bu nedenle yüksek ortam sıcaklıklarında bir yandan ısı transferi gerçekleşir. artar (cilt sıcaklığının artması, solunumun artması, terin buharlaşma süreçlerinin artması vb. nedeniyle) ve diğer yandan ısı üretimi azalır (kas tonusunun azalması nedeniyle, vücudun daha az enerji içeren emilimine geçiş nedeniyle) ürünler); düşük sıcaklıklarda ise bunun tersi doğrudur: ısı üretimi artar ve ısı transferi azalır.
Böylece, insan termoregülasyonunun mükemmel mekanizmaları, geniş bir dış sıcaklık aralığında optimum canlılığın korunmasını mümkün kılar.
Termoregülasyon ortam sıcaklığı ne olursa olsun vücudun vücut ısısını belirli bir seviyede tutabilmesini sağlayan bir süreçtir.
Termoregülatör merkez hem humoral olarak (içinden akan kanın sıcaklığıyla) hem de refleks olarak (cilt reseptörlerinin sıcak veya soğukla tahriş edilmesiyle) uyarılabilir. Termoregülasyon merkezinin uyarılması, tüm termoregülasyon mekanizmalarını harekete geçirir: oksidatif süreçlerin yoğunluğu, iskelet kası tonusu, vazomotor reaksiyonlar, ter bezlerinin salgılanması, solunum hareketleri. Oksidatif süreçlerin yoğunluğu, otonom sinir sistemi yoluyla veya tiroid hormonlarının ve adrenal medullanın salgılanmasının değiştirilmesiyle değişebilir. Kas fonksiyonundaki değişiklikler, kan damarlarının genişlemesi veya daralması, ter salgılanması, solunum hareketlerindeki değişiklikler vazomotor, solunum ve terleme merkezleri aracılığıyla refleks olarak meydana gelir.
Korteks
Termoregülasyon merkezi ise serebral korteksin kontrolü altındadır. Bir hayvan belirli bir ortamda aşırı ısınmaya maruz kalırsa ve buna karşılık gelen düzenleyici reaksiyonlar meydana gelirse, bir süre sonra ortam tek başına (aşırı ısınmadan) aşırı ısınmayla aynı reaksiyonlara neden olacaktır. Böylece burada serebral korteksin katılımıyla meydana gelen şartlı bir refleks reaksiyonu meydana gelir.
Yaşamın sıcaklık sınırları çok geniştir. Birçok bakterinin sporları 150°C'ye kadar ısınmaya dayanabilir ve bazıları mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda canlılığını kaybetmez. Öte yandan, Ischia adasının (İtalya) yaklaşık 85° sıcaklıktaki kaplıcalarında bazı siliatlar yaşar. Hala yeterince araştırılmayan çok şey var. Balıklar, böcekler ve hatta memeliler bile dondurulabilir ve daha sonra dikkatlice çözülebilir. Örneğin sazanlar sıfırın altında 15 dereceye kadar donduruldu ve yavaş yavaş çürüyerek hayata döndürüldü, ancak 15 derecenin altında donmak bile hayvan için zaten ölümcül. Ancak spermlerin eksi 200°C'ye yakın bir sıcaklıkta dondurulup bu sıcaklıkta uzun süre saklanması durumunda önemli bir kısmının normal canlılığını ve dölleme gücünü koruduğu da bilinmektedir.
Bu sayfada aşağıdaki konularda materyaller bulunmaktadır:
Soğuk ve sıcak koşullarda vücuttan ısı transfer mekanizmaları ">
Soğuk ve sıcak koşullarda vücuttan ısı transfer mekanizmaları: a) kanın iç organların damarları ile cilt yüzeyinin damarları arasında yeniden dağıtılması; b) cildin damarlarındaki kanın yeniden dağıtılması.
Fiziksel termoregülasyon evrimin sonraki aşamalarında ortaya çıktı. Mekanizmaları hücresel metabolizma süreçlerini etkilemez. Fiziksel termoregülasyon mekanizmaları refleks olarak etkinleştirilir ve herhangi bir refleks mekanizması gibi üç ana bileşene sahiptir. Birincisi, bunlar vücudun veya ortamın içindeki sıcaklık değişikliklerini algılayan reseptörlerdir. İkinci bağlantı termoregülasyon merkezidir. Üçüncü bağlantı, vücut ısısını sabit bir seviyede tutarak ısı transfer süreçlerini değiştiren efektörlerdir. Ter bezi dışında vücudun, fiziksel termoregülasyonun refleks mekanizmasının kendi efektörleri yoktur.
Fiziksel termoregülasyonun önemi
Fiziksel termoregülasyon, ısı transferinin düzenlenmesidir. Mekanizmaları, hem vücudun aşırı ısınma tehlikesiyle karşı karşıya olduğu durumlarda hem de soğuma sırasında vücut sıcaklığının sabit bir seviyede tutulmasını sağlar.
Fiziksel termoregülasyon, vücut tarafından ısı transferindeki değişikliklerle gerçekleştirilir. Vücut yüksek ortam sıcaklığı koşullarındayken sabit bir vücut sıcaklığının korunması özellikle önemli hale gelir.
Isı transferi, ısı radyasyonu (radyasyonla ısı transferi), konveksiyon, yani. vücut tarafından ısıtılan havanın hareketi ve karıştırılması, ısı iletimi, yani. Vücudun yüzeyi ile temas halinde olan bir maddeden ısı transferi. Vücuttan ısı transferinin doğası metabolizmanın yoğunluğuna bağlı olarak değişir.
Hava zayıf bir ısı iletkeni olduğundan, giysi ile cilt arasında bulunan durgun hava tabakası ısı kaybını önler. Deri altı yağ dokusu tabakası, yağın düşük ısı iletkenliği nedeniyle ısı transferini büyük ölçüde engeller.
Sıcaklık regülasyonu
Cilt sıcaklığı ve dolayısıyla ısı radyasyonunun ve ısı iletiminin yoğunluğu, soğuk veya sıcak çevre koşullarında, damarlarda kanın yeniden dağılımının bir sonucu olarak ve dolaşan kanın hacmi değiştiğinde değişebilir.
Soğukta derinin kan damarları, özellikle arterioller daralır; karın boşluğunun damarlarına daha fazla miktarda kan girer ve böylece ısı transferini sınırlar. Daha az sıcak kan alan derinin yüzeysel katmanları daha az ısı yayar, dolayısıyla ısı transferi azalır. Ayrıca cilt kuvvetli bir şekilde soğutulduğunda arteriovenöz anastomozlar açılır, bu da kılcal damarlara giren kan miktarını azaltır ve böylece ısı transferini engeller.
Soğukta meydana gelen kanın yeniden dağıtımı - yüzeysel damarlarda dolaşan kan miktarında azalma ve iç organların damarlarından geçen kan miktarında artış - iç organlarda ısının, sıcaklığın korunmasına yardımcı olur. sabit bir seviyede tutulur.
Ortam sıcaklığı arttıkça ciltteki kan damarları genişler ve içlerinde dolaşan kan miktarı artar. Suyun dokulardan damarlara aktarılması ve dalak ve diğer kan depolarının genel kan dolaşımına ilave miktarda kan salması nedeniyle vücutta dolaşan kanın hacmi de artar. Vücut yüzeyindeki damarlarda dolaşan kan miktarının arttırılması, radyasyon ve konveksiyon yoluyla ısı transferini arttırır. Yüksek ortam sıcaklıklarında vücut sıcaklığının sabit kalması için suyun buharlaşması sırasında ısı transferi nedeniyle oluşan terleme de önemlidir.
İnsanların ve yüksek hayvanların vücut sıcaklığı, ortam sıcaklığındaki dalgalanmalara rağmen nispeten sabit bir seviyede tutulur. Vücut sıcaklığının bu sabitliğine denir izotermi.
İzotermi yalnızca sözde karakteristiktir homeotermik, veya sıcakkanlı hayvanlar ve mevcut değil poikilotermik, veya soğukkanlı, vücut ısısı değişken ve ortam sıcaklığından çok az farklı olan hayvanlar.
İzotermi, intogenez sırasında yavaş yavaş gelişir. Yeni doğmuş bir bebeğin sabit vücut ısısını koruma yeteneği mükemmel olmaktan uzaktır. Sonuç olarak soğuma meydana gelebilir (hipotermi) veya aşırı ısınma (yüksek ateş) Bir yetişkini etkilemeyen ortam sıcaklıklarında vücut. Aynı şekilde, çocuğun uzun süreli ağlaması gibi küçük kas çalışmaları bile vücut sıcaklığının artmasına neden olabilir. Prematüre bebeklerin vücudu, onlar için büyük ölçüde çevrenin sıcaklığına bağlı olan sabit bir vücut sıcaklığını daha da az koruyabilir.
Isı üretimi sürekli olarak meydana gelen ekzotermik reaksiyonların bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bu reaksiyonlar tüm organ ve dokularda farklı yoğunluklarda meydana gelir. Aktif iş yapan doku ve organlarda - kas dokusunda, karaciğerde, böbreklerde - daha az aktif olanlara - bağ dokusu, kemikler, kıkırdak - göre daha fazla miktarda ısı açığa çıkar.
Organlardan ve dokulardan ısı kaybı büyük ölçüde konumlarına bağlıdır: Deri, iskelet kasları gibi yüzeysel olarak konumlanmış organlar, soğumaya karşı daha fazla korunan iç organlara göre daha fazla ısı yayar ve daha güçlü soğur.
Sağlıklı bir insanın vücut sıcaklığı 36,5-36,9 °C'dir. Dinlenme ve uyku azalır, kas aktivitesi vücut ısısını artırır. Maksimum sıcaklık akşam 16-18 saatte, minimum - sabah 3-4 saatte gözlenir. Uzun gece vardiyalarında çalışan işçiler için sıcaklık dalgalanmaları tersine dönebilir.
Bir kişinin vücut sıcaklığı ancak tüm organizmanın ısı üretimi ve ısı kaybı eşitse sabit kalabilir. Bu, termoregülasyonun fizyolojik mekanizmaları yoluyla elde edilir. nöroendokrin mekanizmalar tarafından düzenlenen ısı üretimi ve ısı transferi süreçlerinin etkileşimi sonucu kendini gösterir. Termoregülasyon genellikle kimyasal ve fiziksel olarak ikiye ayrılır.
Kimyasal termoregülasyonısı üretimi seviyesinin değiştirilmesiyle gerçekleştirilir, yani. Vücut hücrelerindeki metabolizma yoğunluğunu güçlendirmek veya zayıflatmak ve hem normal koşullar altında hem de ortam sıcaklığı değiştiğinde sabit vücut sıcaklığının korunması için önemlidir.
Vücutta en yoğun ısı üretimi kaslarda meydana gelir. Bir kişi hareketsiz yatsa bile kasları gergin olsa bile oksidatif süreçlerin yoğunluğu ve aynı zamanda ısı üretimi% 10 artar. Hafif fiziksel aktivite, ısı üretiminde %50-80 oranında, ağır kas çalışmasında ise %400-500 oranında artışa neden olur.
Soğuk havalarda kişi hareketsiz dursa bile kaslarda ısı üretimi artar. Bunun nedeni, soğuk uyarımı algılayan reseptörler üzerinde etkili olan vücut yüzeyinin soğumasının, titreme (üşüme) şeklinde kendini gösteren rastgele istemsiz kas kasılmalarını refleks olarak uyarmasıdır. Aynı zamanda vücudun metabolik süreçleri önemli ölçüde artar, kas dokusu tarafından oksijen ve karbonhidrat tüketimi artar, bu da ısı üretiminde artışa neden olur. Titremeyi gönüllü olarak taklit etmek bile ısı üretimini %200 artırır. Vücuda kas gevşetici maddeler verilirse - sinir uyarılarının sinirden kasa iletimini bozan ve böylece ortam sıcaklığındaki bir artışla bile refleks kas titremelerini ortadan kaldıran maddeler, vücut ısısında çok daha hızlı bir düşüş meydana gelir.
Kimyasal termoregülasyonda önemli rol Karaciğer ve böbrekler de rol oynar. Hepatik ven kan sıcaklığının hepatik arter kan sıcaklığından daha yüksek olması bu organda yoğun ısı oluşumunu gösterir. Vücut soğuduğunda karaciğerde ısı üretimi artar.
Vücutta enerji salınımı, proteinlerin, yağların ve karbonhidratların oksidatif parçalanması nedeniyle oluşur; bu nedenle oksidatif süreçleri düzenleyen tüm mekanizmalar aynı zamanda ısı oluşumunu da düzenler.
Fiziksel termoregülasyon vücut tarafından ısı transferindeki değişikliklerle gerçekleştirilir. Vücut yüksek ortam sıcaklığı koşullarındayken sabit bir vücut sıcaklığının korunması özellikle önemli hale gelir.
Isı transferi şu şekilde gerçekleştirilir: ısı radyasyonu (radyatif ısı transferi), veya konveksiyon, onlar. ısıyla ısıtılan havanın hareketi ve hareketi, ısı iletimi, onlar. ısının vücut yüzeyiyle doğrudan temas halinde olan maddelere aktarılması ve suyun buharlaşması cilt ve akciğer yüzeyinden.
Normal koşullar altında, hava ve giysiler zayıf ısı iletkenleri olduğundan, kişinin iletim yoluyla ısı kaybı azdır. Radyasyon, buharlaşma ve konveksiyon, ortam sıcaklığına bağlı olarak değişen oranlarda meydana gelir. Dinlenme halindeki bir insanda, yaklaşık 20°C hava sıcaklığında ve saatte 419 kJ (100 kcal) toplam ısı transferinde, %66'sı radyasyonla, %19'u suyun buharlaşmasıyla ve %15'i konveksiyonla kaybolur. vücudun toplam ısı kaybı. Ortam sıcaklığı 35 °C'ye yükseldiğinde, radyasyon ve konveksiyonla ısı transferi imkansız hale gelir ve vücut sıcaklığı, yalnızca deri yüzeyinden ve akciğer alveollerinden suyun buharlaşmasıyla sabit bir seviyede tutulur.
Giysiler ısı transferini azaltır. Hava zayıf bir ısı iletkeni olduğundan, giysi ile cilt arasında bulunan durgun hava tabakası ısı kaybını önler. Hava içeren yapısının hücreselliği ne kadar ince olursa, giysinin ısı yalıtım özellikleri de o kadar yüksek olur. Bu, yün ve kürklü giysilerin iyi ısı yalıtım özelliklerini açıklamaktadır. Giysilerin altındaki hava sıcaklığı 30 °C'dir. Aksine çıplak bir vücut, yüzeyindeki havanın sürekli değişmesi nedeniyle ısı kaybeder. Bu nedenle vücudun çıplak kısımlarının cilt sıcaklığı, giyinik kısımlara göre çok daha düşüktür.
Soğukta, derinin kan damarları, özellikle de arteriyoller daralır: karın boşluğunun damarlarına daha fazla kan girer, böylece ısı transferi sınırlanır. Daha az sıcak kan alan cildin yüzey katmanları daha az ısı yayar - ısı transferi azalır. Cildin güçlü bir şekilde soğumasıyla birlikte arteriovenöz anastomozlar açılır, bu da kılcal damarlara giren kan miktarını azaltır ve böylece ısı transferini engeller.
Soğukta meydana gelen kanın yeniden dağıtımı - yüzeysel damarlarda dolaşan kan miktarında azalma ve iç organların damarlarından geçen kan miktarında artış - iç organlarda ısının korunmasına yardımcı olur.
Ortam sıcaklığı arttıkça ciltteki kan damarları genişler ve içlerinde dolaşan kan miktarı artar. Suyun dokulardan damarlara aktarılması ve dalak ve diğer kan depolarının genel kan dolaşımına ilave miktarda kan salması nedeniyle vücutta dolaşan kanın hacmi de artar. Vücut yüzeyindeki damarlarda dolaşan kan miktarının arttırılması, radyasyon ve konveksiyon yoluyla ısı transferini arttırır.
Yüksek ortam sıcaklıklarında insan vücut sıcaklığının sabit tutulması için, havanın bağıl nemine bağlı olarak terin cilt yüzeyinden buharlaşması birincil öneme sahiptir. Su buharına doymuş havada su buharlaşamaz. Bu nedenle, yüksek atmosferik nemde, yüksek sıcaklıkların tolere edilmesi, düşük nemde olduğundan daha zordur. Su buharıyla doyurulmuş havada (örneğin hamamda) ter, Büyük miktarlar ancak buharlaşmaz ve ciltten akar. Bu tür terleme ısı transferine katkıda bulunmaz: terin yalnızca cilt yüzeyinden buharlaşan kısmı ısı transferi için önemlidir (terin bu kısmına denir) etkili terleme).
Terin buharlaşmasını önleyen hava geçirmez giysiler (kauçuk vb.) yeterince tolere edilmez: giysi ile vücut arasındaki hava tabakası hızla buharla doyurulur ve terin daha fazla buharlaşması durur.
Bir kişi nemli havada nispeten düşük ortam sıcaklıklarına (32 ° C) tolerans göstermez. Bir kişi, 50-55 °C sıcaklıkta 2-3 saat boyunca gözle görülür bir aşırı ısınma olmadan tamamen kuru havada kalabilir.
Suyun bir kısmı, dışarı verilen havayı doyuran buharlar halinde akciğerler tarafından buharlaştırıldığı için, vücut sıcaklığının sabit bir seviyede tutulmasında da solunum rol oynar. Yüksek ortam sıcaklıklarında solunum merkezi refleks olarak uyarılır, düşük sıcaklıklarda bastırılır ve nefes alma derinliği azalır.
Böylece, vücut sıcaklığının sabitliği, bir yandan metabolizmanın yoğunluğunu ve buna bağlı ısı oluşumunu düzenleyen mekanizmaların (ısının kimyasal düzenlenmesi) ve diğer yandan ısı transferini düzenleyen mekanizmaların (fiziksel) birleşik eylemiyle korunur. ısının düzenlenmesi) (Şekil 9.10) .
Pirinç. 9.10.
İzoterminin düzenlenmesi. Sabit vücut sıcaklığının korunmasını sağlayan düzenleyici reaksiyonlar, cilt reseptörlerinin, derinin ve deri altı damarların yanı sıra merkezi sinir sisteminin sıcaklık uyarımına yanıt olarak ortaya çıkan karmaşık refleks eylemlerdir. Soğuğu ve sıcağı algılayan bu reseptörlere termoreseptörler denir. Nispeten sabit bir ortam sıcaklığında, reseptörlerden merkezi sinir sistemine tonik aktivitelerini yansıtan ritmik uyarılar gönderilir. Bu impulsların sıklığı, 20-30 ° C sıcaklıkta derinin ve cilt damarlarının soğuk reseptörleri için ve 38-43 ° C sıcaklıkta cildin termal reseptörleri için maksimumdur. Cildin ani soğuması ile soğuk reseptörlerindeki impulsların sıklığı artar ve hızlı ısınmayla birlikte küçülür veya durur. Termal reseptörler aynı sıcaklık değişikliklerine tam tersi şekilde tepki verir. Merkezi sinir sisteminin sıcak ve soğuk reseptörleri, sinir merkezlerine (merkezi termoreseptörler) akan kanın sıcaklığındaki değişikliklere yanıt verir. Isının büyük kısmı, çekirdeği oluşturan iskelet kasları ve iç organlar tarafından üretilir ve cilt, ısıyı vücuttan tutmayı veya vücuttan uzaklaştırmayı amaçlayan bir kabuk oluşturur (Şekil 9.11).
Pirinç. 9.11.
Hipotalamus ana kısmı içerir termoregülasyon merkezleri, vücut sıcaklığının sabit bir seviyede tutulmasını sağlayan çok sayıda ve karmaşık süreci koordine eden organlardır. Bu, hipotalamusun tahrip edilmesinin vücut ısısını düzenleme yeteneğinin kaybına yol açması ve hayvanı poikilotermik hale getirmesi, serebral korteks, striatum ve görsel talamusun çıkarılmasının ısı üretimi süreçlerini gözle görülür şekilde etkilememesi ve ısı transferi.
Vücut sıcaklığının hipotalamik düzenlenmesi, başta tiroid ve adrenal bezler olmak üzere endokrin bezlerini içerir.
Tiroid bezinin termoregülasyona katılımı, uzun süre soğukta kalan başka bir hayvanın kan serumunun bir hayvanın kanına verilmesinin ilk başta metabolizmada artışa neden olmasıyla kanıtlanmıştır. Bu etki ancak ikinci hayvanda tiroid bezi korunduğunda görülür. Açıkçası, soğutma koşullarında kalırken kana tiroid hormonunun salınımı artar, bu da metabolizmayı ve dolayısıyla ısı oluşumunu artırır.
Adrenal bezlerin termoregülasyona katılımı, adrenalinin kana salınmasından kaynaklanır; bu, dokulardaki, özellikle kaslardaki oksidatif süreçleri artırarak, ısı oluşumunu arttırır ve cilt damarlarını daraltarak ısı transferini azaltır. Bu nedenle adrenalin vücut sıcaklığının artmasına neden olabilir ( adrenalin hipertermisi).
Hipotermi ve hipertermi. Bir kişi uzun süre ortam sıcaklığının önemli ölçüde arttığı veya azaldığı koşullarda bulunuyorsa, o zaman vücut sıcaklığının normal koşullar altında korunmasını sağlayan ısının fiziksel ve kimyasal termoregülasyon mekanizmaları yetersiz kalabilir: hipotermi vücutta meydana gelir - hipotermi veya aşırı ısınma - hipertermi.
Hipotermi - vücut sıcaklığının 35°C'nin altına düşmesi durumudur. Hipotermi en hızlı şekilde soğuk suya daldırıldığında ortaya çıkar. Bu durumda öncelikle sempatik sinir sisteminin uyarılması gözlenir, refleks olarak ısı transferi sınırlanır ve ısı üretimi artar. İkincisi kas kasılması - kas titremesi ile kolaylaştırılır. Bir süre sonra vücut ısısı düşmeye başlar. Bu durumda anesteziye benzer bir durum gözlenir: hassasiyetin kaybolması, refleks reaksiyonların zayıflaması, sinir merkezlerinin uyarılabilirliğinin azalması. Metabolizma hızı keskin bir şekilde azalır, nefes alma yavaşlar, kalp kasılmaları yavaşlar, kalp debisi azalır ve kan basıncı düşer (24-25 ° C vücut sıcaklığında orijinalin% 15-20'si olabilir).
İÇİNDE son yıllar kalp ve merkezi sinir sistemi üzerinde operasyonlar gerçekleştiren cerrahi kliniklerde vücudun 24-28 ° C'ye soğutulmasıyla yapay olarak oluşturulan hipotermi kullanılmaktadır. Bu olayın amacı, hipoterminin beynin metabolizmasını ve dolayısıyla bu organın oksijen ihtiyacını önemli ölçüde azaltmasıdır. Sonuç olarak, beynin daha uzun kanaması mümkün hale gelir (normal sıcaklıkta 3-5 dakika yerine 25-28 ° C'de 15-20 dakika), bu da hipotermi ile hastaların kalp aktivitesinin geçici olarak kapatılmasını daha kolay tolere edebileceği anlamına gelir. ve solunum durması.
Kriyoterapi diğer bazı hastalıklarda da kullanılmaktadır.
Yüksek ateş - vücut sıcaklığının 37°C'nin üzerine çıkması durumudur. Yüksek ortam sıcaklıklarına, özellikle de nemli havaya uzun süre maruz kalındığında ve dolayısıyla az etkili terlemeyle ortaya çıkar. Hipertermi ayrıca vücutta ısı oluşumunu artıran bazı endojen faktörlerin (tiroksin, yağ asitleri vb.) etkisi altında da ortaya çıkabilir. Vücut sıcaklığının 40-41 °C'ye ulaştığı şiddetli hipertermiye, vücudun ciddi bir genel durumu eşlik eder ve sıcak çarpması olarak adlandırılır.
Dış koşullar değişmediğinde sıcaklıktaki böyle bir değişikliği hipertermiden ayırmak gerekir, ancak termoregülasyon sürecinin kendisi bozulur. Böyle bir bozukluğun bir örneği bulaşıcı bir ateştir. Ortaya çıkmasının nedenlerinden biri, hipotalamik merkezlerin ısı değişiminin belirli bir şekilde düzenlenmesine yönelik yüksek duyarlılığıdır. kimyasal bileşiklerözellikle bakteriyel toksinlere karşı.
Dolayısıyla ısı üretimi ve ısı transferinden sorumlu faktörlerin dengesi termoregülasyonun ana mekanizmasıdır.
Sorular ve görevler
- 1. Proteinlerin vücuttaki rolü nedir? Protein metabolizmasının düzenlenmesinin özü nedir?
- 2. Karbonhidratların vücuttaki rolü nedir? Karbonhidrat metabolizmasının düzenlenmesinin özü nedir?
- 3. Yağların vücuttaki rolü nedir? Yağ metabolizmasının düzenlenmesinin özü nedir?
- 4. Vitaminlerin insan yaşamındaki önemi nedir?
- 5. Vücutta fiziksel ve kimyasal termoregülasyonun önemi. Cevabını açıkla.
- 6. Son yıllarda kalp ve merkezi sinir sistemi üzerinde operasyonlar gerçekleştiren cerrahi kliniklerde, vücudun 24-28 ° C'ye soğutulmasıyla yapay olarak oluşturulan hipotermi pratikte kullanılmaktadır. Bu olayın amacı nedir?