Регуляція температури полягає у відповідності процесів теплопродукції (хімічна терморегуляція) та тепловіддачі (фізична терморегуляція).
Процеси теплопродукції.В усіх органах внаслідок процесів обміну речовин відбувається теплопродукція. Тому кров, яка відтікає від органів, як правило, має більш високу температуру, ніж та, що витікає. Але роль різних органів у теплопродукції різна. У стані спокою на печінку припадає близько 20% загальної теплопродукції, на інші внутрішні органи – 56%, на – 20%, при фізичному навантаженні на скелетні м'язи – до 90%, на внутрішні органи – лише 8%.
Таким чином, потужним резервним джерелом теплопродукції є м'язи при їх скороченні. Зміна активності їхнього метаболізму при локомоціях - основний механізм теплопродукції. Серед різних локомоцій можна назвати кілька етапів участі м'язів у теплопродукції.
1. Терморегуляційний тонус.У цьому м'язи не скорочуються. Підвищуються лише їх тонус та метаболізм. Цей тонус виникає взагалі у м'язах шиї, тулуба та кінцівок. Внаслідок цього теплопродукція підвищується на 50-100%.
2. Тремтіння виникає неусвідомлено і полягає в періодичній активності високопорогових рухових одиниць на тлі терморегуляційного тонусу.При тремтіння вся енергія спрямована лише збільшення теплоутворення, тоді як із звичайних локомоциях частина енергії витрачається на переміщення відповідної кінцівки, а частина - на термогенез. При тремтінні теплопродукція підвищується в 2-3 рази. Тремтіння починається часто з м'язів шиї, обличчя. Це пояснюється тим, що насамперед має підвищитись температура крові, яка тече до головного мозку.
3. Довільні скорочення полягають у свідомому підвищенні скорочення м'язів.Це спостерігається в умовах низької зовнішньої температури, коли перших двох етапів мало. При довільних скороченнях теплопродукція може збільшитися в 10-20 разів.
Регуляція теплопродукції в м'язах пов'язана з впливом а-мотонейронів на функцію та метаболізм/м'язів, в інших тканинах – симпатичною. нервової системиі катехоламінів (підвищують інтенсивність метаболізму на 50%) та дією гормонів, особливо тироксину, який підвищує теплопродукцію майже вдвічі.
Значна роль у термогенезі ліпідів, які виділяють при гідролізі значно більше енергії (9,3 ккал/г), ніж вуглеводи (4,1 ккал/г). Особливого значення, зокрема в дітей віком, має бурий жир.
Процеси тепловіддачівідбувається наступними шляхами - радіація, конвекція, випаровування та теплопровідність.
Радіація відбувається за допомогою інфрачервоного довгохвильового випромінювання. Для цього потрібен градієнт температур між теплою шкірою та холодними стінами та іншими предметами. довкілля. Таким чином, величина радіації залежить від температури та поверхні шкіри.
Теплопровідність здійснюється при безпосередньому контакті тіла з предметами (стілець, ліжко тощо). При цьому швидкість передачі тепла від більш нагрітого тіла до менш нагрітого предмета визначається температурним градієнтом та їх термопровідністю. Віддача тепла цим шляхом значно (в 14 разів) збільшується під час перебування людини у воді. Частково шляхом проведення тепло передається від внутрішніх органів поверхні тіла. Але цей процес гальмується через низьку теплопровідність жиру.
Конвекційний шлях.Повітря, яке контактує з поверхнею тіла, за наявності градієнта температур нагрівається. При цьому воно стає легшим і, піднімаючись від тіла, звільняє місце нових порцій повітря. У такий спосіб воно забирає частину тепла. Інтенсивність природної конвекції може бути збільшена за рахунок додаткового руху повітря, зменшення перешкод на час вступу його до тіла (відповідним одягом).
Випаровування поту.При кімнатній температурі роздягненої людини близько 20% тепла віддається за рахунок випаровування.
Теплопровідність, Конвекція та випромінювання є пасивними шляхами тепловіддачі, засновані на законах фізики. Вони ефективні лише за збереження позитивного температурного градієнта. Чим менша різниця температури між тілом та навколишнім середовищем, тим менше тепла віддається. За однакових показників або за високої температури навколишнього середовища згадані шляхи не тільки не ефективні, але при цьому відбувається нагрівання тіла. У цих умовах в організмі спрацьовує лише один механізм віддачі тепла, пов'язаний із процесами потовиділення та потовіпарування. Тут використовуються як фізичні закономірності (витрати енергії на процес випаровування), так і біологічні (потовиділення). Охолодженню шкіри сприяє те, що з випаровування 1 мл поту витрачається 0,58 ккал. Якщо не відбувається
випаровування поту, то ефективність тепловіддачі різко знижується. М
Швидкість випаровування щоту залежить від градієнта температури та насичення водяною парою навколишнього повітря. Чим вища вологість, тим менш ефективним стає цей шлях тепловіддачі. Різко зменшується результативність тепловіддачі при знаходженні у воді або щільному одязі. При цьому організм змушений компенсувати відсутність потовіпарування за рахунок збільшення потовиділення.
Випаровування має два механізми:а) перспірація – без участі потових залоз; б) випаровування – за активної участі потових залоз.
Перспірація- Випаровування води з поверхні легень, слизових оболонок, шкіри, яка завжди волога. Це випаровування не регулюється, воно залежить від градієнта температур та вологості навколишнього повітря, його величина становить близько 600 мл/добу. Чим вища вологість, тим менш ефективний цей вид тепловіддачі.
Механізм секреції поту. Потова залоза складається з двох частин: власне залози, яка розташована в субдермальному шарі, та вивідних проток, що відкриваються на поверхні шкіри. У залозі утворюється первинний секрет, а протоках завдяки реабсорбції формується вторинний секрет - піт.
Первинний секрет подібний до плазми крові. Різниця полягає в тому, що в цьому секреті немає білків та глюкози, менше Na+. Так, у початковому поті концентрація натрію становить близько 144 нмоль/л, хлору – 104 нмоль/л. Ці іони активно абсорбуються при проходженні поту вивідними протоками, що забезпечує абсорбцію води. Процес абсорбції багато в чому залежить від швидкості освіти і просування тому, що ці процеси активні, тим більше Na + і Сl-залишається. При сильному потовиділенні поту може залишатися до половини концентрації цих іонів. Сильне потоутворення супроводжується збільшенням концентрації сечовини (до 4 разів вище, ніж у плазмі) та калію (до 1,2 раза більше, ніж у плазмі). Сумарна висока концентрація іонів, утворюючи високий рівень осмотичного тиску, забезпечує зниження реабсорбції та виділення з згодом великої кількості води.
При сильному потовиділенні може витрачатися багато NaCl (до 15-30 г/добу). Однак в організмі діють механізми, що забезпечують збереження цих важливих іонів при великому потовиділенні. Вони беруть участь у процесах адаптації, зокрема, альдостерон посилює реабсорбцію Na+.
Функції потових залоз регулюються спеціальними механізмами. На їхню активність впливає симпатична нервова система, але медіатором тут ацетилхолін. Секреторні клітини, крім М-холінорецепторів, мають також адренорецептори, які реагують на катехоламіни крові. Активізація функції потових залоз супроводжується збільшенням кровопостачання.
Кількість поту, що виділяється, може досягати 1,5 л/год, а в адаптованих людей - до 3 л/год.
При кімнатній температурі в роздягненій людині близько 60% тепла віддається за рахунок радіації, близько 12-15% - конвекції повітря, близько 20% - випаровування, 2-5% - теплопровідності. Але це співвідношення залежить від низки умов, зокрема температури зовнішнього середовища.
Головну роль регуляції процесів тепловіддачі відіграють зміни кровопостачання шкіри. Звуження судин шкіри, відкриття артеріовенозних анастомозів сприяє меншому припливу тепла від ядра до оболонки та збереженню його в організмі. Навпаки, при розширенні судин шкіри її температура може підвищуватись на 7-8°С. При цьому збільшується і тепловіддача.
Умовно шкіру можна назвати радіаторною системою організму. Кровотік у шкірі може змінюватися від 0 до 30% МОК. Тонус судин шкіри контролюється симпатичною нервовою системою.
Таким чином, температура тіла - баланс між процесами теплопродукції та тепловіддачі. Коли теплопродукція переважає тепловіддачу, температура тіла підвищується і, навпаки, якщо тепловіддача вище, ніж теплопродукція, температура організму знижується.
ТЕРМОРЕГУЛЯЦІЯ І ЗДОРОВ'Я
Ареал проживання людини поширюється від полюсових зон, де температура повітря часом досягає -86 ° С, до екваторіальних саван і пустель, в найбільш спекотних ділянках яких вона наближається до +50 ° С в тіні! Проте в такому широкому діапазоні температур людина зберігає активну життєздатність і достатню працездатність завдяки своїй термостабільності, коли температура тіла коливається відносно вузьких межах – від 36 до 37°С.
Гомойотермія –сталість температури тіла – робить людину незалежною від температурних умов проживання, оскільки біохімічні реакції, що забезпечують її життєдіяльність, продовжують здійснюватися на оптимальному рівні завдяки збереженню адекватної активності тканинних ферментів і вітамінів, що їх забезпечують, що каталізують і активують окремі сторони обміну речовин, тканинних гормонів, нейромедіаторів та інших речовин. , від яких залежить нормальна діяльність організму Зміщення температури в той чи інший бік різко змінює активність цих речовин, причому в різному ступені для кожного з них - в результаті настає роз'єднання в активності перебігу окремих сторін обміну речовин. У тварин пойкілотермних, холоднокровних, температура тіла яких визначається температурою навколишнього середовища (підвищується або знижується разом з останньою), активність їх тканинних ферментів як біологічних каталізаторів змінюється разом зі зміною зовнішніх теплових умов. Ось чому при зниженні температури ступінь прояву їх життєдіяльності знижується аж до повної зупинки - так званий анабіоз, а при дуже високій - або настає смерть, або висушування, яке у деяких пойкілотерм є також різновидом анабіозу. Так, із зміною зовнішньої температури життєдіяльність деяких комах (саранча) може відновлюватись як після замерзання до температури рідкого азоту (-189°С), так і після висушування. Описано випадок пожвавлення, хоч і короткочасного, гігантського тритону, що замерз у льодовику, на думку фахівців, принаймні близько 5000 років тому.
Таким чином, здатність зберігати незмінну температуру тіла за різних умов існування робить теплокровними незалежними від обставин природи та здатними зберігати високий рівень життєздатності. Така здатність обумовлена складною системою терморегуляції, що забезпечує зменшення вироблення тепла та активну його віддачу при небезпеці перегрівання та активізацію термогенезу при обмеженні віддачі тепла – при небезпеці переохолодження.
Статистика показує, що у Росії з усіх випадків тимчасової втрати працездатності понад 40% посідає простудні захворювання, що дає підставу обивателю вважати систему терморегуляції недосконалої. Однак є багато фактів, що вказують на високу природну стійкість людини до низьких температур. Так, йоги-респи змагаються за температури нижче –20°С у швидкості висушування мокрих простирадлом теплом свого тіла, сидячи голяка на льоду замерзлого озера. Стали традиційними пропливи спеціально підготовлених плавців через Берингову протоку з Аляски на Чукотку (понад 40 км) за температури води +4°С – +6°С. Якути натирають новонароджених снігом, а остяки і тунгуси занурюють їх у сніг, обливають холодною водою і потім закутують у оленячі шкури... У такому разі, мабуть, скоріше слід говорити про перекручення досконалих механізмів терморегуляції людини далекими від умов, що сформували їх в еволюції. життя сучасної людини, ніж про недосконалість самих механізмів.
У той час як більшість функцій життєдіяльності – кровообіг, дихання, травлення та ін. – мають специфічний структурно-функціональний апарат, терморегуляція такого органу не має і є функцією всього організму в цілому.
Відповідно до запропонованої І. П. Павловим схемою, організм теплокровного можна у вигляді відносно термостабільного «ядра» і має великий розкид температур «оболонки». Ядро, температура якого коливається в межах 36,8-37,5 ° С, включає переважно життєво важливі внутрішні органи: серце, печінка, шлунок, кишечник і т.д. Особливо слід відзначити роль печінки, що має відносно високу температуру - вище 37,5 ° С, і товстого кишечника, мікрофлора якого в процесі своєї життєдіяльності виробляє багато тепла, що забезпечує підтримку температури тканин, що прилягають. Термолабільну оболонку становлять кінцівки, шкірні та підшкірні тканини, м'язи і т.д. Температура різних ділянок оболонки коливається у межах. Так, температура пальців ніг становить близько 24°С, гомілковостопного суглоба – 30–31°С, кінчика носа – 25°С, пахвової западини, прямої кишки – 36,5–36,9°С тощо. Однак температура оболонки дуже рухлива, що визначається умовами життєдіяльності та станом організму, тому і товщина її може змінюватися від дуже тонкої при жарі до дуже потужної, що стискає ядро – при холоді. Такі взаємини ядра та оболонки обумовлені тим, що перша переважно виробляє тепло (у спокої), а друга – повинна забезпечувати збереження цього тепла. Саме цим пояснюється обставина, що у загартованих людей оболонка на холоді швидко і надійно обволікає ядро, зберігаючи оптимальні умови для підтримки діяльності життєво важливих органів і систем, а у незагартованих оболонка і в цих умовах залишається тонкою, створюючи загрозу переохолодження ядра (так, при зниженні температури легень лише на 0,5°С виникає загроза пневмонії).
Термостабільність організму забезпечується переважно двома взаємодоповнювальними механізмами регуляції – фізичним і хімічним. Фізична терморегуляціяпереважно активізується при небезпеці перегрівання і полягає у віддачі тепла у навколишнє середовище. При цьому включаються всі можливі механізми тепловіддачі: тепловипромінювання, теплообмін, конвекція та випаровування. Тепловипромінювання здійснюється за рахунок інфрачервоних променів, що виходять від шкіри, що має високу температуру. Теплопроведення реалізується за рахунок різниці температур між шкірою та навколишнім повітрям. Збільшення цієї різниці здійснюється за рахунок гіперемії – розширення шкірних судин та припливу сюди більшої кількості теплої крові від внутрішніх органів, через що і забарвлення шкіри при жарі стає рожевим. При цьому ефективність тепловіддачі визначається теплопровідністю та теплоємністю зовнішнього середовища: так, ці показники у відповідних температурах для води у 20–27 разів вищі, ніж повітря. Звідси стає зрозумілим, чому термокомфортна температура повітря для людини становить близько 18°С, а води – 34°С. Тепловіддача за рахунок випаровування поту є дуже ефективною, тому що при випаровуванні 1 мл поту з поверхні тіла організм втрачає 0,56 ккал тепла. Якщо врахувати, що доросла людина виробляє навіть в умовах низької рухової активності близько 800 мл поту, стає зрозумілою ефективність цього способу.
У різних умовах життєдіяльності співвідношення втрат тепла у той чи інший спосіб помітно змінюється. Так, у спокої і при оптимальній температурі повітря організм 31% тепла, що утворюється, втрачає проведенням, 44% - випромінюванням, 22% - випаром (у тому числі і за рахунок вологи з дихальних шляхів) і 3% - конвекцією. При сильному вітрі зростає роль конвекції, у разі підвищення вологості повітря – проведення, а за посиленої роботі – випаровування (наприклад, при напруженої рухової активності випаровування поту часом сягає 3–4-х літрів на годину!).
Ефективність тепловіддачі організму винятково висока. Біофізичні розрахунки показують, що порушення цих механізмів навіть у людини, яка перебуває у спокої, призвела б до підвищення температури його тіла протягом години до 37,5°С, а через 6 годин – до 46–48°С, коли починається незворотне руйнування білкових структур.
Хімічна терморегуляціянабуває особливого значення при небезпеці переохолодження організму. Втрата людиною щодо тварин вовняного покриву зробила її особливо чутливою до дії низьких температур, про що свідчить той фактор, що у людини холодових рецепторів майже в 30 разів більше, ніж теплових. Разом з тим, вдосконалення механізмів адаптації до холоду призвело до того, що зниження температури тіла людина переносить набагато легше, ніж її підвищення. Так, грудні діти легко переносять зниження температури тіла на 3–5°С, але важко – підвищення на 1–2°С. Доросла людина без будь-яких наслідків переносить переохолодження до 33-34 ° С, але втрачає свідомість при перегріванні від зовнішніх джерел до 38,6 ° С, хоча при лихоманці від інфекції може зберегти свідомість і при 42 ° С. Водночас відмічені випадки пожвавлення замерзлих людей, температура шкіри яких опускалася нижче за точку замерзання.
Суть хімічної терморегуляції полягає у зміні активності обмінних процесів в організмі: за високої зовнішньої температури вона знижується, а за низької – зростає. Дослідження показують, що при зниженні температури навколишнього середовища на 1°С у оголеної людини в спокої активність метаболізму зростає на 10%. (Однак виключення наркозом і так званими нейролептиками вищих регуляторних механізмів термостабільності у теплокровних робить їх залежними від навколишньої температури, і при охолодженні температури їх тіла до 32°С споживання ними кисню знижується до 50%, при 20°С – до 20%, а при +1°С -до 1% від вихідного рівня.)
Особливе значення для підтримки температури тіла відіграє тонус скелетних м'язів, що зростає при зниженні температури і знижується – при потеплінні. Показово, що ці процеси протікають тим активніше, чим небезпечніше порушення термостабільності. Так, при температурі повітря 25-28 ° С (і особливо в поєднанні з високою вологістю) м'язи значною мірою розслаблені, і теплова енергія, що відтворюється ними, мізерна. Навпаки, при небезпеці переохолодження все більше значення набуває тремтіння – нескоординовані скорочення м'язових волокон, коли зовнішня механічна робота практично повністю відсутня, і майже вся енергія волокон, що скорочуються, переходить у теплову енергію(Це явище отримало назву нескоротливого термогенезу). Немає нічого дивного тому в тому, що при тремтіння теплопродукція організму може зрости більш ніж утричі, а при напруженій фізичній роботі – у 10 і більше разів.
Безперечне значення в хімічній терморегуляції відіграють і легені, які за рахунок зміни активності обміну висококалорійних жирів, що входять до їх структури, підтримують відносно постійну свою температуру, - саме тому при високій зовнішній температурі кров, що відтікає від легенів, прохолодніше, а при низькій - тепліше вдихуваного повітря.
Фізичний і хімічний механізми терморегуляції працюють з високим ступенем узгодження завдяки наявності в ЦНС відповідного центру в області проміжного мозку (гіпоталамус). випаровування поту і т.д.), а з іншого – знижується теплопродукція (за рахунок зниження тонусу м'язів, переходу до засвоєння організмом менш енергомістких продуктів); при низьких температурах - навпаки: зростає теплопродукція і знижується тепловіддача.
Таким чином, досконалі механізми терморегуляції людини дозволяють підтримувати оптимальну життєздатність у широкому діапазоні зовнішніх температур.
Терморегуляція- Це процес, який забезпечує здатність організму підтримувати температуру тіла на певному рівні незалежно від температури навколишнього середовища.
Терморегуляторний центр може збуджуватися як гуморально (температурою крові, що протікає через нього), так і рефлекторно (при подразненні теплом або холодом рецепторів шкіри). Порушення терморегуляторного центру приводить у дію всі теплорегуляторні механізми: інтенсивність окисних процесів, тонус скелетних м'язів, судиннорухові реакції, секрецію потових залоз, дихальні рухи. Інтенсивність окисних процесів може змінитися або через вегетативну нервову систему, або шляхом зміни секреції гормонів щитовидної залози та мозкової частини надниркових залоз. Зміна роботи м'язів, розширення або звуження судин, секреція поту, зміна дихальних рухів відбувається рефлекторно через судинно-руховий, дихальний і потовидільні центри.
Кора головного мозку
Центр терморегуляції перебуває, своєю чергою, під контролем кори мозку. Якщо тварина піддається перегріванню в певній обстановці і в нього відбуваються відповідні регуляторні реакції, то через деякий час одна тільки обстановка (без перегрівання) викличе у нього ті ж реакції, що і перегрівання. Таким чином, тут має місце умовнорефлекторна реакція, що відбувається за участю кори великих півкуль.
Температурні межі життя дуже широкі. Спори багатьох бактерій витримують нагрівання до 150 °, а деякі з них не втрачають життєздатності при температурі, близької до абсолютного нуля. З іншого боку, у гарячих ключах острова Іскі (Італія) при температурі близько 85 ° живуть деякі інфузорії. Тут ще багато залишається недостатньо вивченим. Риб, комах і навіть ссавців можна заморожувати і потім обережно розморожувати. Наприклад, коропів заморожували до 15° нижче нуля і знову, поступово відгниваючи, повертали до життя, але заморожування хоча б на одні градуси нижче 15 вже згубно для тварини. Однак відомо також, що при заморожуванні сперміїв до температури, близької до мінус 200 °, і тривалому зберіганні їх при цій температурі значна частина їх зберігає нормальну життєздатність і запліднювальну силу.
На цій сторінці матеріал за темами:
Механізми тепловіддачі організму в умовах холоду та тепла.
Механізми тепловіддачі організму в умовах холоду та тепла: а) перерозподіл крові між судинами внутрішніх органів та судинами поверхні шкіри; б) перерозподіл крові у судинах шкіри.
Фізична терморегуляція виникла більш пізніх етапах еволюції. Її механізми не торкаються процесів клітинного обміну. Механізми фізичної терморегуляції включаються рефлекторно і мають як будь-який рефлекторний механізм три основні компоненти. По-перше, це рецептори, що сприймають зміну температури всередині організму чи навколишнього середовища. Друга ланка – це центр терморегуляції. Третя ланка – ефектори, які змінюють процеси тепловіддачі, зберігаючи температуру тіла на постійному рівні. В організмі, крім потової залози, немає власних ефекторів рефлекторного механізму фізичної терморегуляції.
Значення фізичної терморегуляції
Фізична терморегуляція – це регуляція тепловіддачі. Її механізми забезпечують підтримку температури тіла на постійному рівні як за умов, коли організму загрожує перегрів, і при охолодженні.
Фізична терморегуляція здійснюється за допомогою змін віддачі тепла організмом. Особливо важливого значення вона набуває у підтримці сталості температури тіла під час перебування організму за умов підвищеної температури довкілля.
Тепловіддача здійснюється шляхом тепловипромінювання (радіаційна тепловіддача), конвекції, тобто руху і перемішування повітря, що нагрівається тілом, теплопроведення, тобто. віддачі тепла речовиною, що стикається з поверхнею тіла. Характер віддачі тепла тілом змінюється залежно від інтенсивності обміну речовин.
Втраті тепла перешкоджає той шар нерухомого повітря, що знаходиться між одягом та шкірою, оскільки повітря поганий провідник тепла. Значною мірою перешкоджає тепловіддачі шар підшкірної жирової клітковини у зв'язку з малою теплопровідністю жиру.
Регуляція температури
Температура шкіри, а отже інтенсивність тепловипромінювання та теплопроведення можуть змінюватися в холодних або спекотних умовах зовнішнього середовища внаслідок перерозподілу крові в судинах та зміні об'єму циркулюючої крові.
На холоді кровоносні судини шкіри, переважно артеріоли, звужуються; більша кількість крові надходить у судини черевної порожнини і тим самим обмежується тепловіддача. Поверхневі шари шкіри, отримуючи менше теплої крові, випромінюють менше тепла, тому тепловіддача зменшується. Крім того, при сильному охолодженні шкіри відбувається відкриття артеріовенозних анастомозів, що зменшує кількість крові, що надходить до капілярів, і тим самим перешкоджає тепловіддачі.
Перерозподіл крові, що відбувається на холоді, - зменшення кількості крові, що циркулює через поверхневі судини, та збільшення кількості крові, що проходить через судини внутрішніх органів, - сприяє збереженню тепла у внутрішніх органах, температура яких підтримується на постійному рівні.
При підвищенні температури навколишнього середовища судини шкіри розширюються, кількість крові, що в них циркулює, збільшується. Зростає також обсяг циркулюючої крові у всьому організмі внаслідок переходу води з тканин у судини, а також тому, що селезінка та інші кров'яні депо викидають до загального кровообігу додаткову кількість крові. Збільшення кількості крові, що циркулює через судини поверхні тіла, сприяє тепловіддачі за допомогою радіації та конвекції. Для збереження сталості температури тіла за високих температур навколишнього середовища має значення і потовиділення, що відбувається за рахунок тепловіддачі в процесі випаровування води.
Температура тіла людини та вищих тварин підтримується на відносно постійному рівні, незважаючи на коливання температури навколишнього середовища. Ця постійність температури тіла носить назву ізотермії.
Ізотермія властива лише так званим гомойотермним,або теплокровним, тваринним і відсутній у пойкілотермних,або холоднокровних тварин, температура тіла яких змінна і мало відрізняється від температури навколишнього середовища.
Ізотермія у процесі онтогенезу розвивається поступово. У новонародженої дитини здатність підтримувати сталість температури тіла далеко не досконала. Внаслідок цього можуть наступати охолодження (гіпотермія)або перегрівання (Гіпертермія)організму за таких температур навколишнього середовища, які не впливають на дорослу людину. Так само навіть невелика м'язова робота, наприклад тривалий крик дитини, може призвести до підвищення температури його тіла. Організм недоношених дітей ще менш здатний підтримувати сталість температури тіла, яка у них значною мірою залежить від температури довкілля.
Теплоутворення відбувається внаслідок екзотермічних реакцій, що безперервно відбуваються. Ці реакції протікають у всіх органах та тканинах, але з різною інтенсивністю. У тканинах і органах, що виробляють активну роботу - у м'язовій тканині, печінці, нирках, - виділяється більша кількість тепла, ніж менш активних - сполучної тканини, кістках, хрящах.
Втрата тепла органами і тканинами залежить великою мірою від місця їх розташування: поверхнево розташовані органи, наприклад шкіра, скелетні м'язи, віддають більше тепла і сильніше охолоджуються, ніж внутрішні органи, більш захищені від охолодження.
Температура тіла здорової людини дорівнює 36,5-36,9 °С. Спокій та сон знижують, а м'язова діяльність підвищує температуру тіла. Максимальна температура спостерігається о 16-18 годині вечора, мінімальна - о 3-4 годині ранку. У робітників, які тривалий час працюють у нічних змінах, коливання температури можуть бути зворотними.
Постійність температури тіла в людини може зберігатися лише за умови рівності теплоутворення і втрати всього організму. Це досягається за допомогою фізіологічних механізмів терморегуляції. проявляється в результаті взаємодії процесів теплоутворення та тепловіддачі, що регулюються нейроендокринними механізмами. Терморегуляцію прийнято розділяти на хімічну та фізичну.
Хімічна терморегуляціяздійснюється шляхом зміни рівня теплоутворення, тобто. посилення або ослаблення інтенсивності обміну речовин у клітинах організму, та має важливе значення для підтримки сталості температури тіла як у нормальних умовах, так і за зміни температури навколишнього середовища.
Найбільш інтенсивне теплоутворення в організмі відбувається у м'язах. Навіть якщо людина лежить нерухомо, але мускулатура її напружена, інтенсивність окислювальних процесів, а водночас і теплоутворення підвищуються на 10%. Невелика рухова активність веде до підвищення теплоутворення на 50-80%, а важка м'язова робота - на 400-500%.
В умовах холоду теплоутворення у м'язах збільшується, навіть якщо людина перебуває у нерухомому стані. Це пов'язано з тим, що охолодження поверхні тіла, діючи на рецептори, які сприймають холодове подразнення, рефлекторно збуджує безладні мимовільні скорочення м'язів, які у вигляді тремтіння (озноб). При цьому обмінні процеси організму значно посилюються, збільшується споживання кисню та вуглеводів м'язовою тканиною, що тягне за собою підвищення теплоутворення. Навіть довільна імітація тремтіння збільшує теплоутворення на 200%. Якщо в організм введені міорелаксанти - речовини, що порушують передачу нервових імпульсів з нерва на м'яз і тим самим усувають рефлекторне м'язове тремтіння, навіть при підвищенні температури навколишнього середовища набагато швидше настає зниження температури тіла.
У хімічній терморегуляції значну рольграють також печінку та нирки. Температура крові печінкової вени вища за температуру крові печінкової артерії, що вказує на інтенсивне теплоутворення в цьому органі. При охолодженні тіла теплопродукція у печінці зростає.
Звільнення енергії в організмі відбувається за рахунок окислювального розпаду білків, жирів та вуглеводів; тому всі механізми, що регулюють окислювальні процеси, регулюють і теплоутворення.
Фізична терморегуляціяздійснюється шляхом змін віддачі тепла організмом. Особливо важливого значення вона набуває у підтримці сталості температури тіла під час перебування організму за умов підвищеної температури довкілля.
Тепловіддача здійснюється шляхом тепловипромінювання (радіаційна тепловіддача),або конвекції,тобто. руху та переміщення повітря, що нагрівається теплом, теплопроведення,тобто. віддачі тепла речовинам, що безпосередньо стикаються з поверхнею тіла, та випаровування водиз поверхні шкіри та легень.
Людина у звичайних умовах втрати тепла шляхом теплопроводу невеликі, оскільки повітря та одяг є поганими провідниками тепла. Радіація, випаровування та конвекція протікають з різною інтенсивністю залежно від температури навколишнього середовища. У людини в стані спокою при температурі повітря близько 20 °С та сумарній тепловіддачі, що дорівнює 419 кДж (100 ккал) на годину, за допомогою радіації втрачається 66%, за рахунок випаровування води – 19%, конвекції – 15% від загальної втрати тепла організмом . При підвищенні температури навколишнього середовища до 35 °С тепловіддача за допомогою радіації та конвекції стає неможливою та температура тіла підтримується на постійному рівні виключно за допомогою випаровування води з поверхні шкіри та альвеол легень.
Одяг зменшує тепловіддачу. Втраті тепла перешкоджає той шар нерухомого повітря, що знаходиться між одягом та шкірою, оскільки повітря – поганий провідник тепла. Теплоізолюючі властивості одягу тим вищі, чим дрібніша пористість її структури, що містить повітря. Цим пояснюються хороші теплоізолюючі властивості вовняного та хутряного одягу. Температура повітря під одягом становить 30 °С. Навпаки, оголене тіло втрачає тепло, оскільки повітря його поверхні постійно змінюється. Тому температура шкіри оголених частин тіла набагато нижча, ніж одягнених.
На холоді кровоносні судини шкіри, головним чином артеріоли, звужуються: більша кількість крові надходить до судин черевної порожнини, і тим самим обмежується тепловіддача. Поверхневі шари шкіри, отримуючи менше теплої крові, випромінюють менше тепла – тепловіддача зменшується. При сильному охолодженні шкіри, крім того, відбувається відкриття артеріовенозних анастомозів, що зменшує кількість крові, що надходить до капілярів, і тим самим перешкоджає тепловіддачі.
Перерозподіл крові, що відбувається на холоді - зменшення кількості крові, що циркулює через поверхневі судини, та збільшення кількості крові, що проходить через судини внутрішніх органів, - сприяє збереженню тепла у внутрішніх органах.
При підвищенні температури навколишнього середовища судини шкіри розширюються, кількість крові, що в них циркулює, збільшується. Зростає також обсяг циркулюючої крові у всьому організмі внаслідок переходу води з тканин у судини, а також тому, що селезінка та інші кров'яні депо викидають до загального кровообігу додаткову кількість крові. Збільшення кількості крові, що циркулює через судини поверхні тіла, сприяє тепловіддачі за допомогою радіації та конвекції.
Для збереження сталості температури тіла людини за високої температури навколишнього середовища основне значення має випаровування поту з поверхні шкіри, що від відносної вологості повітря. У насиченому водяними парами повітрі вода випаровуватися не може. Тому при високій вологості атмосферного повітря висока температура переноситься важче, ніж за низької вологості. У насиченому водяними парами повітрі (наприклад, у лазні) піт виділяється в велику кількістьале не випаровується і стікає зі шкіри. Таке потовиділення не сприяє віддачі тепла: тільки та частина поту, яка випаровується з поверхні шкіри, має значення для тепловіддачі (ця частина поту називається ефективним потовиділенням).
Погано переноситься непроникний для повітря одяг (гумова і т.п.), що перешкоджає випаровування поту: шар повітря між одягом і тілом швидко насичується парами і подальше випаровування поту припиняється.
Людина погано переносить порівняно невисоку температуру навколишнього середовища (32 ° С) за вологого повітря. У зовсім сухому повітрі людина може перебувати без помітного перегрівання протягом 2-3 годин при температурі 50-55 °С.
Так як деяка частина води випаровується легкими у вигляді парів, що насичують повітря, що дихає, дихання також бере участь у підтримці температури тіла на постійному рівні. При високій навколишній температурі дихальний центр рефлекторно збуджується, при низькій - пригнічується, дихання стає менш глибоким.
Таким чином, сталість температури тіла підтримується шляхом спільної дії, з одного боку, механізмів, що регулюють інтенсивність обміну речовин і залежить від нього теплоутворення (хімічне регулювання тепла), а з іншого - механізмів, що регулюють тепловіддачу (фізичне регулювання тепла) (рис. 9.10) .
Мал. 9.10.
Регулювання ізотермії.Регуляторні реакції, що забезпечують збереження сталості температури тіла, є складними рефлекторними актами, які виникають у відповідь на температурне подразнення рецепторів шкіри, шкірних і підшкірних судин, а також самої ЦНС. Ці рецептори, що сприймають холод та тепло, названі терморецепторами. При відносно постійній температурі навколишнього середовища від рецепторів у ЦНС надходять ритмічні імпульси, що відбивають їхню тонічну активність. Частота цих імпульсів максимальна для холодових рецепторів шкіри та шкірних судин при температурі 20-30 °С, а для шкірних теплових рецепторів – при температурі 38-43 °С. При різкому охолодженні шкіри частота імпульсації в холодових рецепторах зростає, а при швидкому зігріванні стає менше або припиняється. На такі ж перепади температури теплові рецептори реагують протилежно. Теплові та холодові рецептори ЦНС реагують на зміну температури крові, що притікає до нервових центрів (центральні терморецептори). Основна частина тепла виробляється скелетними м'язами та внутрішніми органами, які утворюють ядро, а шкіра створює оболонку, спрямовану на збереження чи видалення тепла з організму (рис. 9.11).
Мал. 9.11.
У гіпоталамусі розташовані основні центри терморегуляції,які координують численні та складні процеси, що забезпечують збереження температури тіла на постійному рівні. Це доводиться тим, що руйнація гіпоталамуса тягне за собою втрату здатності регулювати температуру тіла і робить тварину пойкілотермним, у той час як видалення кори великого мозку, смугастого тіла та бугорів помітно не відбивається на процесах теплоутворення та тепловіддачі.
У здійсненні гіпоталамічної регуляції температури тіла беруть участь залози внутрішньої секреції, головним чином щитовидна та надниркові залози.
Участь щитовидної залози в терморегуляції доводиться тим, що введення в кров тварини сироватки крові іншої тварини, яка тривалий час перебувала на холоді, викликає у першого підвищення обміну речовин. Такий ефект спостерігається лише за збереження у другої тварини щитовидної залози. Вочевидь, під час перебування у умовах охолодження відбувається посилене виділення у кров гормону щитовидної залози, що підвищує обмін речовин і, отже, утворення тепла.
Участь надниркових залоз у терморегуляції обумовлена виділенням ними в кров адреналіну, який, посилюючи окислювальні процеси в тканинах, зокрема у м'язах, підвищує теплоутворення та звужує шкірні судини, зменшуючи тепловіддачу. Тому адреналін здатний викликати підвищення температури тіла ( адреналінова гіпертермія).
Гіпотермія та гіпертермія.Якщо людина тривалий час перебуває в умовах значно підвищеної або зниженої температури навколишнього середовища, то механізми фізичної та хімічної терморегуляції тепла, завдяки яким у звичайних умовах зберігається сталість температури тіла, можуть виявитися недостатніми: відбувається переохолодження тіла – гіпотермія або перегрівання – гіпертермія.
Гіпотерміястан, за якого температура тіла опускається нижче 35 °С. Найшвидше гіпотермія настає при зануренні в холодну воду. І тут спочатку спостерігається порушення симпатичної нервової системи, рефлекторно обмежується тепловіддача і посилюється теплопродукція. Останній сприяє скорочення м'язів – м'язове тремтіння. Через деякий час температура тіла все ж таки починає знижуватися. При цьому спостерігається стан, подібний до наркозу: зникнення чутливості, ослаблення рефлекторних реакцій, зниження збудливості нервових центрів. Різко знижується інтенсивність обміну речовин, уповільнюється дихання, уріджуються серцеві скорочення, знижується серцевий викид, знижується АТ (при температурі тіла 24-25 ° С може становити 15-20% від вихідного).
У Останніми рокамиштучно створювана гіпотермія з охолодженням тіла до 24-28 ° С застосовується в хірургічних клініках, які здійснюють операції на серці та ЦНС. Сенс цього заходу у тому, що гіпотермія значно знижує обмін речовин мозку і, отже, потреба цього органу кисні. В результаті стає можливим тривале знекровлення мозку (замість 3-5 хв при нормальній температурі до 15-20 хв при 25-28 ° С), а це означає, що при гіпотермії хворі легше переносять тимчасове виключення серцевої діяльності та зупинку дихання.
Кріотерапія застосовується при деяких інших захворюваннях.
Гіпертерміястан, при якому температура тіла піднімається вище за 37 °С. Вона виникає при тривалій дії високої температури навколишнього середовища, особливо при вологому повітрі і, отже, невеликому ефективному потовиділенні. Гіпертермія може виникати і під впливом деяких ендогенних факторів, що підсилюють в організмі теплоутворення (тироксин, жирні кислоти та ін.). Різка гіпертермія, при якій температура тіла досягає 40-41 ° С, супроводжується важким загальним станом організму і носить назву теплового удару.
Від гіпертермії слід відрізняти таку зміну температури, коли зовнішні умови не змінені, але порушується процес терморегуляції. Прикладом такого порушення може бути інфекційна лихоманка. Однією з причин виникнення є висока чутливість гіпоталамічних центрів регуляції теплообміну до деяких хімічних сполук, зокрема до бактерійних токсинів.
Таким чином, баланс факторів, відповідальних за теплопродукцію та тепловіддачу, є основним механізмом терморегуляції.
Запитання та завдання
- 1. Яка роль білків в організмі? У чому суть регулювання білкового обміну?
- 2. Яка роль вуглеводів в організмі? У чому суть регулювання вуглеводного обміну?
- 3. Яка роль жирів в організмі? У чому суть регуляції жирового обміну?
- 4. Яке значення мають вітаміни у житті людини?
- 5. Значення фізичної та хімічної терморегуляції в організмі. Відповідь поясніть.
- 6. В останні роки штучно створювана гіпотермія з охолодженням тіла до 24-28 ° С застосовується на практиці в хірургічних клініках, які здійснюють операції на серці та ЦНС. У чому сенс цього заходу?