Какие процессы обеспечивают физическую терморегуляцию. Физическая терморегуляция

Теплообмен

Теплота способна переходить только из области более высокой температуры в область более низкой. Поэтому поток тепловой энергии от живого организма в окружающую среду не прекращается до тех пор, пока температура тела выше, чем температура среды.

Температура тела определяется соотношением скорости метаболической теплопродукции клеточных структур и скорости рассеивания образующейся тепловой энергии в окружающую среду. Следовательно, теплообмен между организмом и средой является неотъемлемым условием существования теплокровных организмов. Нарушение соотношения этих процессов приводит к изменению температуры тела.

Жизнь может протекать в узком диапазоне температур.

Возможность протекания процессов жизнедеятельности ограничена узким диапазоном температуры внутренней среды, в котором могут происходить основные ферментативные реакции. Для человека снижение температуры тела ниже 25°с и её увеличение выше 43°с, как правило, смертельно. Особенно чувствительны к изменениям температуры нервные клетки.

Ядро и внешняя оболочка тела

С точки зрения терморегуляции, тело человека можно представить состоящим из двух компонентов: внешней оболочки, и внутреннего, ядра. Ядро – это часть тела, которая имеет постоянную температуру, а оболочка – часть тела, в которой имеется температурный градиент. Через оболочку идёт теплообмен между ядром и окружающей средой.

Терморегуляция

Терморегуляция – это совокупность физиологических процессов, направленных на поддержание относительного постоянства температуры ядра в условиях изменения температуры среды с помощью регуляции теплопродукции и теплоотдачи. Терморегуляция направлена на предупреждение нарушений теплового баланса организма или на его восстановление, если подобные нарушения уже произошли, и осуществляется нервно-гуморальным путём.

Виды терморегуляции

Терморегуляцию можно разделить на два основных вида:

Химическую и физическую терморегуляцию. Они, в свою очередь, также подразделяются на несколько видов:

Химическая терморегуляция
Сократительный термогенез
- Несократительный термогенез
Физическая терморегуляция

Излучение
-Теплопроведение (кондукция)
-Конвекция
-Испарение

Рассмотрим эти виды терморегуляции подробнее.

Химическая терморегуляция

Регулирование объёма теплопродукции

Химическая терморегуляция теплообразования – осуществляется за счёт изменения уровня обмена веществ, что приводит к изменению образования тепла в организме. Источником тепла в организме являются экзотермические реакции окисления белков, жиров, углеводов, а также гидролиз АТФ.

При расщеплении питательных веществ часть освобождённой энергии аккумулируется в АТФ, часть рассеивается в виде тепла (первичная теплота – 65–70% энергии). При использовании макроэргических связей молекул АТФ часть энергии идёт на выполнение полезной работы, а часть рассеивается (вторичная теплота). Таким образом, два потока теплоты – первичной и вторичной – являются теплопродукцией.

При необходимости повысить теплопродукцию, помимо возможности получения тепла извне, в организме используются механизмы, увеличивающие производство тепловой энергии.

К таким механизмам относятся сократительный и несократительный термогенез.

Сократительный термогенез

Этот вид терморегуляции работает если нам холодно и необходимо поднять температуру тела. Заключается этот метод в сокращении мышц.

При сокращении мышц возрастает гидролиз АТФ, поэтому возрастает поток вторичной теплоты, идущей на согревание тела.

Произвольная активность мышечного аппарата, в основном, возникает под влиянием коры больших полушарий. При этом повышение теплопродукции возможно в 3–5 раз по сравнению с величиной основного обмена.

Обычно при снижении температуры среды и температуры крови первой реакцией является увеличение терморегуляционного тонуса (волосы на теле "встают дыбом", появляются "мурашки") . С точки зрения механики сокращения, данный тонус представляет собой микровибрацию и позволяет увеличить теплопродукцию на 25–40% от исходного уровня. Обычно в создании тонуса принимают участие мышцы головы и шеи.

При более значительном переохлаждении терморегуляционный тонус переходит в мышечную холодовую дрожь . Холодовая дрожь представляет собой непроизвольную ритмическую активность поверхностно расположенных мышц, в результате которой теплопродукция повышается. Считается, что теплопродукция при холодовой дрожи в 2,5 раз выше, чем при произвольной мышечной деятельности.

Описанный механизм работает на рефлекторном уровне, без участия нашего сознания. Но поднять температуру тела можно и при помощи сознательной двигательной активности.

При выполнении физической нагрузки разной мощности теплопродукция возрастает в 5–15 раз по сравнению с уровнем покоя. Температура ядра на протяжении первых 15–30 минут длительной работы довольно быстро повышается до относительно стационарного уровня, а затем сохраняется на этом уровне или продолжает медленно повышаться.

Несократительный термогенез

Этот вид терморегуляции может приводить, как повышению, так и к понижению температуры тела.

Он осуществляется путём ускорения или замедления катаболических процессов обмена веществ. А это, в свою очередь, будет приводить к снижению или увеличению теплопродукции. За счёт этого вида термогенеза теплопродукция может вырасти в 3 раза.

Регуляция процессов несократительного термогенеза осуществляется путём активации симпатической нервной системы, продукции гормонов щитовидной и мозгового слоя надпочечников.

Физическая терморегуляция

Под физической терморегуляцией понимают совокупность физиологических процессов, ведущих к изменению уровня теплоотдачи. Различают несколько механизмов отдачи тепла в окружающую среду.

Излучение

Теплопроведение (кондукция)

Конвекция

Испарение – отдача тепловой энергии в окружающую среду за счёт испарения пота или влаги с поверхности кожи и слизистых дыхательных путей. За счёт испарения организм в условиях комфортной температуры отдаёт около 20% всего рассеиваемого тепла. Испарение делится на 2 вида.

Неощущаемая перспирация – испарение воды со слизистых дыхательных путей (через дыхание) и воды, просачивающейся через эпителий кожного покрова (Испарение с поверхности кожи. Оно идёт даже в случае, если кожа сухая.).

За сутки через дыхательные пути испаряется до 400 мл воды, т.е. организм теряет до 232 ккал в сутки. При необходимости эта величина может быть увеличена за счёт тепловой одышки.

Через эпидермис в среднем за сутки просачивается около 240 мл воды. Следовательно, этим путём организм теряет до 139 ккал в сутки. Эта величина, как правило, не зависит от процессов регуляции и различных факторов среды.

Ощущаемая перспирация – отдача тепла путём испарения пота . В среднем за сутки при комфортной температуре среды выделяется 400–500 мл пота, следовательно, отдаётся до 300 ккал энергии. Однако при необходимости объём потоотделения может увеличиться до 12　л в сутки, т.е. путём потоотделения можно потерять до 7000 ккал в сутки.

Эффективность испарения во многом зависит от среды: чем выше температура и ниже влажность, тем выше эффективность потоотделения как механизма отдачи тепла. При 100% влажности испарение невозможно.

Управление терморегуляцией

Гипоталамус

Система терморегуляции состоит из ряда элементов с взаимосвязанными функциями. Информация о температуре поступает от терморецепторов и при помощи нервной системы попадает в мозг.

Основную роль в терморегуляции играет гипоталамус. Разрушение его центров или нарушение нервных связей ведёт к утрате способности регулировать температуру тела. В переднем гипоталамусе расположены нейроны, управляющие процессами теплоотдачи. При разрушении нейронов переднего гипоталамуса организм плохо переносит высокие температуры, но физиологическая активность вусловиях холода сохраняется. Нейроны заднего гипоталамуса управляют процессами теплопродукции. При их повреждении нарушается способность к усилению энергообмена, поэтому организм плохо переносит холод.

Эндокринная система

Гипоталамус управляет процессами теплопродукции и теплоотдачи, посылая нервные импульсы к железам внутренней секреции, главным образом щитовидной и надпочечникам.

Участие щитовидной железы в терморегуляции обусловлено тем, что влияние пониженной температуры приводит к усиленному выделению её гормонов, ускоряющих обмен веществ и, следовательно, теплообразование.

Роль надпочечников связана с выделением ими в кровь катехоламинов, которые, усиливая или уменьшая окислительные процессы в тканях (например, мышечной), увеличивают или уменьшают теплопродукцию и сужают или увеличивают кожные сосуды, меняя уровень теплоотдачи.

Обмен тепловой энергии между организмом и окружающей средой называется теплообменом . Один из показателей теплообмена - температура тела, которая зависит от двух факторов: образования тепла, то есть от интенсивности обменных процессов в организме, и отдачи тепла в окружающую среду.

Животные, температура тела которых изменяется в зависимости от температуры внешней среды, называются пойкилотермными , или холоднокровными. Животные с постоянной температурой тела называются гомойотермными (теплокровными). Постоянство температуры тела называется изотер мией . О на обеспечивает независимость обменных процессов в тканях и органах от колебаний температуры окружающей среды.

Температура тела человека.

Температура отдельных участков тела человека различна. Наиболее низкая температура кожи отмечается на кистях и стопах, наиболее высокая - в подмышечной впадине, где ее обычно и определяют. У здорового человека температура в этой области равна 36-37° С. В течение суток наблюдаются небольшие подъемы и спады температуры тела человека в соответствии с суточным биоритмом: минимальная температура отмечается в 2 - 4 ч ночи, максимальная - в 16-19 ч.

Т емпература мышечной ткани в состоянии покоя и работы может колебаться в пределах 7° С. Температура внутренних органов зависит от интенсивности обменных процессов. Наиболее интенсивно обменные процессы протекают в печени, которая является самым «горячим» органом тела: температура в тканях печени равна 38-38,5° С. Температура в прямой кишке составляет 37-37,5° С. Однако она может колебаться в пределах 4-5° С в зависимости от наличия в ней каловых масс, кровенаполнения ее слизистой и других причин. У бегунов на большие (марафонские) дистанции в конце состязаний температура в прямой кишке может повышаться до 39-40° С.

Способность поддерживать температуру на постоянном уровне обеспечивается за счет взаимосвязанных процессов – теплообразования и выделения тепла из организма во внешнюю среду. Если теплообразование равно теплоотдаче, то температура тела остается постоянной. Процесс образования тепла в организме получил название химической терморегуляции , процесс, обеспечивающий удаление тепла из организма, - физической терморегуляции .

Химическая терморегуляция. Тепловой обмен в организме тесно связан с энергетическим. При окислении органических веществ выделяется энергия. Часть энергии идет на синтез АТФ. Эта потенциальная энергия может быть использована организмом в дальнейшей его деятельности. Источником тепла в организме являются все ткани. Кровь, протекая через ткани, нагревается.

Повышение температуры окружающей среды вызывает рефлекторное снижение обмена веществ, вследствие этого в организме уменьшается теплообразование. При понижении температуры окружающей среды рефлекторно увеличивается интенсивность метаболических процессов и усиливается теплообразование. В большей степени увеличение теплообразования происходит за счет повышения мышечной активности. Непроизвольные сокращения мышц (дрожь) являются основной формой повышения теплообразования. Увеличение теплообразования может происходить в мышечной ткани и за счет рефлекторного повышения интенсивности обменных процессов - несократительный мышечный термогенез.

Физическая терморегуляция. Этот процесс осуществляется за счет отдачи тепла во внешнюю среду путем конвекции (теплопроведения), радиации (теплоизлучения) и испарения воды.

Конвекция - непосредственная отдача тепла прилегающим к коже предметам или частицам среды. Отдача тепла тем интенсивнее, чем больше разница температур между поверхностью тела и окружающим воздухом.

Теплоотдача увеличивается при движении воздуха, например при ветре. Интенсивность отдачи тепла во многом зависит от теплопроводности окружающей среды. В воде отдача тепла происходит быстрее, чем на воздухе. Одежда уменьшает или даже прекращает теплопроведение.

Радиация - выделение тепла из организма происходит путем инфракрасного излучения с поверхности тела. За счет этого организм теряет основную массу тепла. Интенсивность теплопроведения и теплоизлучения во многом определяется температурой кожи. Теплоотдачу регулирует рефлекторное изменение просвета кожных сосудов. При повышении температуры окружающей среды происходит расширение артериол и капилляров, кожа становится теплой и красной. Это увеличивает процессы теплопроведения и теплоизлучения. При понижении температуры воздуха артериолы и капилляры кожи суживаются. Кожа становится бледной, количество протекающей через ее сосуды крови уменьшается. Это приводит к понижению ее температуры, теплоотдача уменьшается, и организм сохраняет тепло.

Испарение воды с поверхности тела (2 /з влаги), а также в процессе дыхания (1/з влаги). Испарение воды с поверхности тела происходит при выделении пота. Даже при полном отсутствии видимого потоотделения через кожу испаряется в сутки до 0,5 л воды - невидимое потоотделение. Испарение 1 л пота у человека с массой тела 75 кг может понизить температуру тела на 10° С.

В состоянии относительного покоя взрослый человек выделяет во внешнюю среду 15% тепла путем теплопроведения, около 66% посредством теплоизлучения и 19% за счет испарения воды.

В среднем человек теряет за сутки около 0,8 л пота, а с ним 500 ккал тепла.

При дыхании человек также выделяет ежесуточно около 0,5 л воды.

При низкой температуре окружающей среды (15° С и ниже ) около 90% суточной теплоотдачи происходит за счет теплопроведения и теплоизлучения. В этих условиях видимого потоотделения не происходит.

При температуре воздуха 18-22° С теплоотдача за счет теплопроводности и теплоизлучения уменьшается, но увеличивается потеря тепла организмом путем испарения влаги с поверхности кожи. При большой влажности воздуха, когда испарение воды затруднено, может возникнуть перегревание тела и развиться тепловой удар .

Малопроницаемая для паров воды одежда препятствует эффективному потоотделению и может служить причиной перегревания организма человека.

В жарких странах, при длительных походах, в горячих цехах человек теряет большое количество жидкости с потом. При этом появляется чувство жажды, которое не утоляется приемом воды. Это связано с тем, что с потом теряется большое количество минеральных солей. Если добавить к питьевой воде соль, то чувство жажды исчезнет и самочувствие людей улучшится.

Центры регуляции теплообмена.

Терморегуляция осуществляется рефлекторно. Колебания температуры окружающей среды воспринимаются терморецепторами . В большом количестве терморецепторы располагаются в коже, в слизистой оболочке полости рта, верхних дыхательных путях. Обнаружены терморецепторы во внутренних органах, венах, а также в некоторых образованиях центральной нервной системы.

Терморецепторы кожи очень чувствительны к колебаниям температуры окружающей среды. Они возбуждаются при повышении температуры среды на 0,007° С и понижении - на 0,012° С.

Нервные импульсы, возникающие в терморецепторах, по афферентным нервным волокнам поступают в спинной мозг. По проводящим путям они достигают зрительных бугров, а от них идут в гипоталамическую область и к коре большого мозга. В результате возникают ощущения тепла или холода.

В спинном мозге находятся центры некоторых терморегуляторных рефлексов. Гипоталамус является основным рефлекторным центром терморегуляции. Передние отделы гипоталамуса контролируют механизмы физической терморегуляции, т. е. они являются центром теплоотдачи . Задние отделы гипоталамуса контролируют химическую терморегуляцию и являются центром теплообразования .

Важная роль в регуляции температуры тела принадлежит коре головного мозга . Эфферентными нервами центра терморегуляции являются главным образом симпатические волокна.

В регуляции теплообмена участвует и гормон альный механизм , в частности гормоны щитовидной железы и надпочечников. Гормон щитовидной железы - тироксин , повышая обмен веществ в организме, увеличивает теплообразование. Поступление тироксина в кровь возрастает при охлаждении организма. Гормон надпочечников - адреналин - усиливает окислительные процессы, увеличивая тем самым теплообразование. Кроме того, под действием адреналина происходит сужение сосудов, в частности сосудов кожи, за счет этого уменьшается теплоотдача.

Приспособление организма к пониженной температуре окружающей среды . При понижении температуры окружающей среды происходит рефлекторное возбуждение гипоталамуса. Повышение его активности стимулирует гипофиз , результатом чего является усиленное выделение тиреотропина и кортикотропина, повышающих активность щитовидной железы и надпочечников. Гормоны данных желез стимулируют теплопродукцию.

Таким образом, при охлаждении включаются защитные механизмы организма, повышающие обмен веществ, теплообразование и уменьшающие теплоотдачу.

Возрастные особенности терморегуляции. У детей первого года жизни наблюдается несовершенство механизмов. Вследствие этого при понижении температуры окружающей среды ниже 15° С возникает переохлаждение детского организма. На первом году жизни происходит уменьшение отдачи тепла посредством теплопроводности и теплоизлучения и увеличение теплопродукции. Однако до 2 лет дети остаются термолабильными (повышается температура тела после еды, при высокой температуре окружающей среды). У детей от 3 до 10 лет совершенствуются механизмы терморегуляции, но их неустойчивость продолжает сохраняться.

В препубертатном возрасте и в период полового созревания (пубертатный период), когда происходят усиленный рост организма и перестройка нейрогуморальной регуляции функций, усиливается неустойчивость терморегуляционных механизмов.

В пожилом возрасте наблюдается снижение образования тепла в организме по сравнению со зрелым возрастом.

Проблема закаливания организма. Во все периоды жизни необходимо закаливать организм. Под закаливанием понимают повышение устойчивости организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды и в первую очередь к охлаждению. Закаливание достигается путем использования естественных факторов природы - солнца, воздуха и воды. Они действуют на нервные окончания и сосуды кожи человека, повышают активность нервной системы и способствуют усилению обменных процессов. При постоянном воздействии природных факторов происходит привыкание к ним организма. Закаливание организма эффективно при соблюдении следующих основных условий: а) систематическое и постоянное применение естественных факторов; б) постепенное и систематическое увеличение длительности и силы их воздействия (закаливание начинать с использования теплой воды, постепенно снижать ее температуру и увеличивать время проведения водных процедур); в) закаливание с применением контрастных по температуре раздражителей (теплая - холодная вода); г) индивидуальный подход к закаливанию.

Применение природных факторов закаливания необходимо сочетать с занятиями физической культурой и спортом. Хорошо способствует закаливанию утренняя гимнастика на свежем воздухе или в комнате при открытой форточке с обязательным обнажением значительной части тела и последующими водными процедурами (обливание, душ). Закаливание является наиболее доступным средством оздоровления людей.

Ареал проживания человека распространяется от полюсовых зон, где температура воздуха порой достигает -86°С, до экваториальных саванн и пустынь, в наиболее жарких участках которых она приближается к +50°С в тени! Тем не менее в таком широком диапазоне температур человек сохраняет активную жизнеспособность и достаточную работоспособность благодаря своей термостабильности, когда температура тела колеблется в относительно узких границах – от 36 до 37°С.

Гомойотермия – постоянство температуры тела – делает человека независимым от температурных условий проживания, так как обеспечивающие его жизнедеятельность биохимические реакции продолжают осуществляться на оптимальном уровне благодаря сохранению адекватной активности обеспечивающих их тканевых ферментов и витаминов, катализирующих и активирующих отдельные стороны обмена веществ, тканевых гормонов, нейромедиаторов и других веществ, от которых зависит нормальная деятельность организма. Смещение же температуры в ту или иную сторону резко меняет активность этих веществ, причем в разной степени для каждого из них – в результате наступает разобщение в активности протекания отдельных сторон обмена веществ. У животных пойкилотермных, холоднокровных, температура тела которых определяется окружающей температурой (повышается или понижается вместе с последней), активность их тканевых ферментов как биологических катализаторов меняется вместе с изменением внешних тепловых условий. Вот почему при снижении температуры степень проявления их жизнедеятельности снижается вплоть до полной остановки – так называемый анабиоз, а при очень высокой – либо наступает смерть, либо высушивание, которое у некоторых из пойкилотермов является также разновидностью анабиоза. Так, с изменением внешней температуры жизнедеятельность некоторых насекомых (саранча) может восстанавливаться как после замерзания до температуры жидкого азота (–189°С), так и после высушивания. Описан случай оживления, хотя и кратковременного, гигантского тритона, замерзшего в леднике, по мнению специалистов, по крайней мере около 5000 лет назад.

Таким образом, способность сохранять неизменной температуру тела при различных условиях существования делает теплокровных независимыми от обстоятельств природы и способными сохранять высокий уровень жизнеспособности. Такая способность обусловлена сложной системой терморегуляции, обеспечивающей уменьшение выработки тепла и активную его отдачу при опасности перегревания и активизацию термогенеза при ограничении отдачи тепла – при опасности переохлаждения.

Статистика показывает, что в России из всех случаев временной утраты трудоспособности более 40% приходится на простудные заболевания, что дает основание обывателю считать систему терморегуляции несовершенной. Однако есть много фактов, указывающих на высокую природную устойчивость человека к действию низких температур. Так, йоги-респы соревнуются при температуре ниже –20°С в скорости высушивания мокрых простыней теплом своего тела, сидя нагишом на льду замерзшего озера. Стали традиционными проплывы специально подготовленных пловцов через Берингов пролив из Аляски на Чукотку (более 40 км) при температуре воды +4°С – +6°С. Якуты натирают новорожденных снегом, а остяки и тунгусы погружают их в снег, обливают холодной водой и затем закутывают в оленьи шкуры... В таком случае, по-видимому, скорее следует говорить об извращении совершенных механизмов терморегуляции человека далекими от сформировавших их в эволюции условиями жизни современного человека, чем о несовершенстве самих механизмов.

В то время как большинство функций жизнедеятельности – кровообращение, дыхание, пищеварение и др. – имеют какой-либо специфический структурно-функциональный аппарат, терморегуляция такого органа не имеет и является функцией всего организма в целом.

Согласно предложенной И. П. Павловым схеме, организм теплокровного можно представить в виде относительно термостабильного «ядра» и имеющей большой разброс температур «оболочки». Ядро, температура которого колеблется в пределах 36,8–37,5°С, включает преимущественно жизненно важные внутренние органы: сердце, печень, желудок, кишечник и т.д. Особенно следует отметить роль печени, имеющей относительно высокую температуру – выше 37,5°С, и толстого кишечника, микрофлора которого в процессе своей жизнедеятельности вырабатывает много тепла, обеспечивающего поддержание температуры прилежащих тканей. Термолабильную оболочку составляют конечности, кожные и подкожные ткани, мышцы и т.д. Температура различных участков оболочки колеблется в широких пределах. Так, температура пальцев ног составляет около 24°С, голеностопного сустава – 30–31°С, кончика носа – 25°С, подмышечной впадины, прямой кишки – 36,5–36,9°С и т.д. Однако температура оболочки очень подвижна, что определяется условиями жизнедеятельности и состоянием организма, поэтому и толщина ее может меняться от очень тонкой при жаре до очень мощной, сжимающей ядро – при холоде. Такие взаимоотношения ядра и оболочки обусловлены тем, что первая преимущественно производит тепло (в покое), а вторая – должна обеспечивать сохранение этого тепла. Именно этим объясняетсятообстоятельство, что у закаленных людей оболочка на холоде быстро и надежно обволакивает ядро, сохраняя оптимальные условия для поддержания деятельности жизненно важных органов и систем, а у незакаленных оболочка и в этих условиях остается тонкой, создавая угрозу переохлаждения ядра (так, при снижении температуры легких всего лишь на 0,5°С возникает угроза пневмонии).

Термостабильность организма обеспечивается в основном двумя взаимодополняющими механизмами регуляции – физическим и химическим.Физическая терморегуляция преимущественно активизируется при опасности перегревания и заключается в отдаче тепла в окружающую среду. При этом включаются все возможные механизмы теплоотдачи: теплоизлучение, теплообмен, конвекция и испарение. Теплоизлучение осуществляется за счет инфракрасных лучей, исходящих от имеющей высокую температуру кожи. Теплопроведение реализуется за счет разницы температур между кожей и окружающим воздухом. Увеличение этой разницы осуществляется за счет гиперемии – расширения кожных сосудов и притока сюда большего количества теплой крови от внутренних органов, из-за чего и окраска кожи при жаре становится розовой. При этом эффективность теплоотдачи определяется теплопроводностью и теплоемкостью внешней среды: так, эти показатели в соответствующих температурах для воды в 20–27 раз выше, чем воздуха. Отсюда становится понятным почему термокомфортная температура воздуха для человека составляет около 18°С, а воды – 34°С. Теплоотдача за счет испарения пота является весьма эффективной, так как при испарении 1 мл пота с поверхности тела организм теряет 0,56 ккал тепла. Если учесть, что взрослый человек вырабатывает даже в условиях низкой двигательной активности около 800 мл пота, то становится понятной эффективность этого способа.

В различных условиях жизнедеятельности соотношение потерь тепла тем или иным способом заметно меняется. Так, в покое и при оптимальной температуре воздуха организм 31% образующегося тепла теряет проведением, 44% – излучением, 22% – испарением (в том числе и за счет влаги с дыхательных путей) и 3% – конвекцией. При сильном ветре возрастает роль конвекции, при повышении влажности воздуха – проведения, а при усиленной работе – испарения (например, при напряженной двигательной активности испарение пота порой достигает 3–4-х литров в час!).

Эффективность теплоотдачи организма исключительно высока. Биофизические расчеты показывают, что нарушение этих механизмов даже у находящегося в покое человека привело бы к повышению температуры его тела в течении часа до 37,5°С, а через 6 часов – до 46–48°С, когда начинается необратимое разрушение белковых структур.

Химическая терморегуляция приобретает особое значение при опасности переохлаждения организма. Потеря человеком относительно животных шерстяного покрова сделала его особенно чувствительным к действию низких температур, о чем свидетельствует тот фактор, что у человека холодовых рецепторов почти в 30 раз больше, чем тепловых. Вместе с тем совершенствование механизмов адаптации к холоду привело к тому, что снижение температуры тела человек переносит гораздо легче, чем ее повышение. Так, грудные дети легко переносят снижение температуры тела на 3–5°С, но тяжело – повышение на 1–2°С. Взрослый человек без каких-либо последствий переносит переохлаждение до 33–34°С, но теряет сознание при перегревании от внешних источников до 38,6°С, хотя при лихорадке от инфекции может сохранить сознание и при 42°С. Вместе с тем отмечены случаи оживления замерзших людей, температура кожи которых опускалась ниже точки замерзания.

Суть химической терморегуляции заключается в изменении активности обменных процессов в организме: при высокой внешней температуре она снижается, а при низкой – возрастает. Исследования показывают, что при снижении окружающей температуры на 1°С у обнаженного человека в покое активность метаболизма возрастает на 10%. (Однако выключение наркозом и так называемыми нейролептиками высших регуляторных механизмов термостабильности у теплокровных делает их зависимыми от окружающей температуры, и при охлаждении температуры их тела до 32°С потребление ими кислорода снижается до 50%, при 20°С –до 20%, а при +1°С –до 1% от исходного уровня.)

Особое значение для поддержания температуры тела играет тонус скелетных мышц, который возрастает при снижении окружающей температуры и снижается – при потеплении. Показательно, что эти процессы протекают тем активнее, чем опаснее грозящее нарушение термостабильности. Так, при температуре воздуха 25–28°С (и особенно в сочетании с высокой влажностью) мышцы в значительной степени расслаблены, и воспроизводимая ими тепловая энергия ничтожна. Наоборот, при опасности переохлаждения все большее значение приобретает дрожь – нескоординированные сокращения мышечных волокон, когда внешняя механическая работа практически полностью отсутствует, и почти вся энергия сокращающихся волокон переходит в тепловую энергию (это явление получило название несократительного термогенеза). Нет ничего удивительного поэтому в том, что при дрожи теплопродукция организма может возрасти более чем в три раза, а при напряженной физической работе – в 10 и более раз.

Несомненное значение в химической терморегуляции играют и легкие, которые за счет изменения активности обмена входящих в их структуру высококалорийных жиров поддерживают относительно постоянную свою температуру, – именно поэтому при высокой внешней температуре оттекающая от легких кровь прохладнее, а при низкой – теплее вдыхаемого воздуха.

Физический и химический механизмы терморегуляции работают с высокой степенью согласования благодаря наличию в ЦНС соответствующего центра в области промежуточного мозга (гипоталамус).Вот почему при высокой температуре окружающей среды, с одной стороны, усиливается теплоотдача (за счет повышения температуры кожи, активизации дыхания, усиления процессов испарения пота и т.д.), а с другой – снижается теплопродукция (за счет снижения тонуса мышц, перехода к усвоению организмом менее энергосодержащих продуктов); при низких же температурах – наоборот: возрастает теплопродукция и снижается теплоотдача.

Таким образом, совершенные механизмы терморегуляции человека позволяют поддерживать оптимальную жизнеспособность в широком диапазоне внешних температур.

III. Механизмы регуляции количества ферментов: индукция, репрессия, дерепрессия.

VI. Факторы, вовлекающие механизмы, связанные с активацией комплемента.

Поддержание постоянства температуры внутренней среды организма заключается в согласовании процессов образования и выделения тепла. Эти процессы осуществляются с помощью двух механизмов теплопродукции (химическая терморегуляция) и теплоотдачи (физическая терморегуляция).

химическая терморегуляция Во всех органах в результате обменных процессов происходит теплопродукция основными механизмами изменения которой являются активность обмена веществ и мышечная работа. Поэтому оттекающая от внутренних органов и работающих мышц кровь, как правило, имеет более высокую температуру, чем притекающая. Среди различных мышечных движений (локомоций) следует выделить особую форму их - дрожь. Дрожь направлена целиком лишь на увеличение теплообразования, в то время как при обычных локомоциях часть энергии расходуется на перемещение соответствующей конечности и лишь часть - на термогенез.

физическая терморегуляция Теплоотдача совершается несколькими путями.

1. Теплопроведение происходит при непосредственном контакте тела с плотным субстратом в результате этого часть тепла передаётся менее нагретому предмету, а величина теплопроведения определяется температурным градиентом и их теплопроводностью.

Сходным с проведением является конвекционный путь. Соприкасающийся с поверхностью тела воздух при наличии градиента температур нагревается. Нагретый воздух становится более легким и, поднимаясь от тела, освобождает место новым порциям воздуха и тем самым, забирает часть тепла. Интенсивность естественной конвекции может быть увеличена дополнительным движением воздуха, уменьшением препятствия доступу его к телу соответствующей одеждой.

2. Теплоизлучение Тепло от тела может отводиться и с помощью длинноволнового инфракрасного излучения. Для этого также необходим градиент температур: например, между более теплой кожей и холодными стенами.

3. Испарение Охлаждению кожи способствует то, что для испарения 1 мл пота расходуется 0,58 ккал.

При комнатной температуре у раздетого человека около 60% тепла отдается за счет теплоизлучения, около 12-15% - конвекции воздуха и 2-5%-теплопроведения, около 20% - испарения.

Система терморегуляции

Физические и химические механизмы терморегуляции в организме реализовываются биологическими процессами. Так изменение теплопродукции обеспечивается регуляцией обмена веществ нервной и эндокринной системами организма, теплоизлучение и теплопроведение - расширением или сужением периферических сосудов, испарение - увеличением или уменьшением потоотделения.

Симпатические нервы ускоряют процессы обмена веществ. Аналогичную функцию выполняют катехоламины надпочечников и тиреоидные гормоны. Суть дрожательных непроизвольных сокращений заключается в резком повышении процесса теплообразования, так как при этом вся энергия мышечного сокращения превращается не в механическое передвижение, а в тепло.

Ведущую роль в изменении процессов теплоотдачи играет перераспределение кровотока. Сужение сосудов кожи и подкожной клетчатки, закрытие артерио-венозных анастомозов способствуют меньшему притоку тепла и сохранению его в организме. В противоположность этому, при расширении сосудов возможности для более эффективного проявления физических способов теплоотдачи увеличиваются. При расширении сосудов температура кожи может возрастать на 7-8 С о. Тонус сосудов контролируется гормонами и вегетативными нервами. Симпатическими нервами регулируется также и процесс потовыделения.

Температура тела контролируется терморецепторами периферическими и центральными. Расположенные в коже периферические рецепторы содержат два типа рецепторов - тепловые и холодовые. Центральные рецепторы находятся в гипоталамусе в основном в передней преоптической области. Эти рецепторы играют главенствующую роль в регуляции теплообмена, так как они контролируют температуру ядра.

При температуре кожи в диапазоне 34-38 о С импульсация в обоих типах рецепторов минимальна. Это создает ощущение температурного комфорта. Примерно по такой же схеме функционируют и центральные терморецепторы. Но для них "температурное окно" уже, оно в пределах 37-37,5 о С.

В передних отделах гипоталамуса расположены нейроны центра терморегуляции , через которые регулируется процесс теплоотдачи. Основным центром, связанным с эффекторами, является отдел заднего гипоталамуса. Эти нейроны через симпатические нервы, влияют на кровеносные сосуды, потовые железы, метаболизм.

Лихорадка (febris) - это типовой патологический процесс, характерный для человека и высших гомойотермных животных, выражающийся в активном повышении температуры тела в результате перестройки центров терморегуляции под влиянием пирогенных веществ. Лихорадка обусловлена смещением постоянной установочной точки температурного гомеостаза на более высокий уровень при сохранении механизмов терморегуляции.

Следует подчеркнуть, что постоянная температура тела у всех теплокровных поддерживается только внутри организма (в "ядре тела"). Температура "оболочки тела" - кожи, мышц - может колебаться в широких пределах в зависимости от температуры среды. Поэтому объективным показателем повышения температуры тела служит подъем температуры ядра тела.

По этиологии различают две основные группы лихорадок:

1. Инфекционные.

экзогенные пирогены . При попадании в организм гомойотермных животных и человека они индуцируют образование эндогенных пирогенов , запускающих последующие звенья патогенетической цепи лихорадки. Эндогенные пирогены носят также название вторичных пирогенов и являются, в отличие от первичных экзогенных пирогенов патогенетическими факторами лихорадки. Источниками эндопирогенов являются фагоцитирующие клетки - нейтрофильные лейкоциты, моноциты, альвеолярные и перитонеальные макрофаги, клетки РЭС - лейкоцитарный пироген. Помимо ЛП макрофаги способны в ответ на воздействие экзопирогенов синтезировать интерлейкины. ИЛ-1 оказывает влияние на центр терморегуляции подобно ЛП, вызывая лихорадку, а также стимулирует Т-лимфоциты. Такая стимуляция лимфоцитов, с одной стороны, приводит к активации иммунной системы в борьбе с инфекцией, а с другой - стимулирует лимфоциты к выделению лимфокинов, активирующих процесс образования эндопирогенов макрофагами. На примере эффектов ИЛ-1 прослеживается прямая взаимосвязь лихорадки и процессов иммунной защиты.

1. Неинфекционные. (белковая, солевая)

Неинфекционные лихорадки возникают под влиянием многочисленных факторов, вызывающих повреждение тканей и асептическое воспаление. Неинфекционные лихорадки встречаются, например, при ожогах, механических травмах, после операций, при внутренних кровоизлияниях, инфарктах, аллергических реакциях, аутоиммунных процессах и т.д.. Развитие лихорадки в подобных случаях определяется эмиграцией лейкоцитов в очаг воспаления, их активацией и выделением образующихся в них лейкоцитарных пирогенов. Из этого следует, что несмотря на различие этиологии, патогенетический механизм возникновения неинфекционной лихорадки идентичен таковому при лихорадке инфекционного генеза, то есть в обоих случаях воздействие этиологических факторов приводит к образованию эндопирогенов, которые и определяют все последующие процессы, развивающиеся при лихорадке.

Терморегуляция - это механизм, который позволяет живым организмам поддерживать постоянство внутренней среды. Большинство процессов в теле человека зависят от температуры: обмен веществ, синтез белков и гормонов, пищеварение, Кроме того, перегрев или переохлаждение могут привести к серьезным заболеваниям и даже смерти.

Диапазон температур

Для нормальной жизнедеятельности человека крайне важна терморегуляция. здоровых людей находится в узком диапазоне от 36.0 до 37.0 по Цельсию. Резкое снижение или увеличение данных значений обычно приводит к летальному исходу.

На жаре человек интенсивно потеет. Потеря жидкости таким способом приводит к обезвоживанию, иногда довольно серьезному. Вместе с потом организм покидают витамины и минеральные вещества. Из-за дегидратации кровь становится гуще, нарушается обмен веществ. Нормальная потеря воды во время потоотделения - до трех процентов от общей массы тела. Если это значение перевалило за шестипроцентный барьер, страдают когнитивные функции. Для смертельного исхода достаточно двадцати процентов. Кроме того, существует еще одна опасность. Во время длительного пребывания на солнце организм накапливает больше тепла, чем отдает в окружающую среду, и по закону термодинамического равновесия постепенно тело человека нагревается до температуры воздуха, то есть до 39-41 градуса Цельсия. Это влечет за собой тепловой удар и потерю сознания. Сердечно-сосудистая система тоже работает на износ: пульс учащается, давление повышается, кровь с трудом проходит по сосудам.

Переохлаждение не менее опасно для человека. На холоде сосуды организма сужаются, что вызывает ишемию тканей. И если воздействие холодной температуры длительное, то возможно отмирание участков кожи или мышц. влияют и на обмен веществ, который совершается в несколько раз быстрее, так как организму нужна энергия для обогрева.

Ядро и оболочка

Условно все тело человека можно разделить на два уровня: ядро и оболочка. Ядро (по большей части это внутренние органы) имеет постоянную температуру около тридцати семи градусов. Это достигается балансом между теплопродукцией и теплоотдачей. Оболочка же представляет собой барьер между окружающей средой и ядром толщиной 2,5 см. Терморегуляция - это способность оболочки поддерживать постоянную температуру ядра.

Кожа здорового человека на разных участках может нагреваться от 24 до 36,6 градусов. Самые холодные - кончики пальцев, а самое теплое место - подмышка. Колебания температуры тела в течение суток достигают одного градуса: самая низкая - рано утром, а высокая - в шесть вечера.

Теплообразование и теплоотдача

Что такое терморегуляция и как она поддерживается в организме человека? На этот вопрос ответить не так легко, как кажется на первый взгляд. В нашем теле непрерывно образуется тепло, которое по большей части расходуется на обогрев внешней среды. Это процесс называется теплообменом. Регулируется он при помощи нервной системы, от результатов его зависят обмен веществ, деятельность сердца, сокращение мышц и т. д.

В норме теплопродукция равна теплоотдаче, то есть наблюдается изотермия. Причины терморегуляции просты - это помогает сохранить неприкосновенной температуру ядра и обеспечить определенную независимость организма от внешних условий. За час в человеке образует достаточно тепла для того, чтобы закипятить литр воды. И если бы не теплоотдача, то уже через трое суток после рождения все мы в буквальном смысле сварились бы изнутри. Поэтому процессы, помогающие людям избавиться от лишнего тепла, крайне важны.

Закаливание

Терморегуляция и закаливание идут рука об руку. Организм приспосабливается к воздействию все более низких или высоких температур, формируются новые механизмы сохранения постоянной температуры ядра.

В домашних условиях известно несколько самых распространенных способов закаливания. Например, обтирание прохладной водой. В первый раз вода должна быть 30 градусов, затем 28, 26 и так, пока не дойдет до 15 градусов Цельсия. Когда организм привыкнет к холоду, можно с обтираний переходить на обливания или душ. Эффективными признали также воздушные и солнечные ванны. Поначалу продолжительность сеансов не должна превышать 15 минут, но со временем можно довести время до 60. Однако стоит помнить, что длительная инсоляция может привести к проблемам с кожей и онкологическим заболеваниям.

Терморецепторы

Кожа в терморегуляции организма играет ключевую роль. Как самый большой орган человеческого организма, она выполняет множество функций, в том числе содержит терморецепторы (холодовые и тепловые). Известно, что холодовых примерно в десять раз больше, поэтому мы гораздо чувствительнее к низким температурам. Наибольшее скопление рецепторов находится на лице, шее, а меньше всего - в кончиках пальцев. Однако чувствительность у них имеет обратную пропорцию относительно количества. Несмотря на то что тепловых рецепторов больше они почти в два раза чувствительнее, чем холодовые.

Виды терморегуляции

Терморегуляция - это целый конгломерат процессов, направленных на поддержание постоянной температуры тела при помощи теплообмена. Механизм работы этой системы можно описать при помощи принципа «обратной связи». То есть сначала изменяется температура окружающей среды, на это реагируют рецепторы кожи и передают сигнал в головной мозг. А уже оттуда идет регуляция выработки тепла и его отдачи.

Все процессы терморегуляции можно разделить на два вида:

Физические;

Химические.

Физическая терморегуляция, в свою очередь, делится на испарение, излучение, теплопроведение и конвекцию. Среди выделяют сократительный и несократительный термогенез.

Физическая терморегуляция

Физическая терморегуляция - это совокупность процессов, обеспечивающих удаление тепла из организма. Для этого природой предусмотрено несколько способов:

Кондукция;

Конвекция;

Радиация;

Испарение.

Кроме того, организм может регулировать интенсивность кровообращения и степень расширения сосудов кожи, что также влияет на потерю тепла. Еще один механизм отдачи тепла - потоотделение. Оно наиболее эффективно в случае жаркого климата или искусственного повышения температуры окружающей среды.

В состоянии покоя, при комфортной температуре в 20 градусов Цельсия, человек путем излучения теряет около шестидесяти процентов тепла, испаряет всего двадцать, а остальное приходится на кондукцию и конвекцию. Всего за час мы теряем около ста килокалорий или четырехсот девятнадцать джоулей.

Испарение и излучение

Испарение - это выделение энергии в окружающее пространство за счет потери влаги через кожу или слизистые. Иначе этот процесс называется потоотделение. Находясь в комфортной температуре (около двадцати градусов Цельсия), человек каждый час теряет около 36 грамм жидкости. При повышении температуры или интенсивной работе это показатель увеличивается иногда до двух литров в час.

Конвекция - это динамичный способ потери тепла, который осуществляется движущимися частицами воды или воздуха, например, такие потоки создает ветер или вентилятор. Если просто, то тело, выделяя тепло, нагревает воздух рядом с кожей. Он становится легче, чем холодный, и поднимается выше, а его место занимает новая порция. Когда мы оказываемся на ветру или быстро движемся, воздух вокруг нас тоже перемещается быстрее, следовательно, тепло не задерживается возле кожи надолго.

Химическая терморегуляция

Терморегуляция и обмен веществ - тесно связанные понятия. Химический способ как раз основывается на изменении интенсивности процесса окисления и вибрации мышц. Энергию для обогрева организма получают путем гидролиза АТФ (аденозинтрифосфат). Он необходим для превращения сложных соединений в более простые. Тепло, которое при этом выделяется, рассеивается в окружающем пространстве. Это несократительный термогенез.

В зависимости от температуры окружающей среды обмен веществ может ускоряться или замедляться для сохранения постоянства ядра. Наиболее комфортно человек себя чувствует при 18-20 градусах Цельсия. Но это для воздуха. Вода же сильнее проводит тепло, поэтому и температура должна быть выше. Больше всего тепла производят мышцы во время аэробного гликолиза. Поэтому, когда нам холодно, тело начинает дрожать, чтобы увеличить теплопродукцию. Это состояние называется сократительный термогенез.

Управление терморегуляцией

Терморегуляция мозга проходит так же, как и всего остального организма, с той разницей, что именно здесь находится центр, который всем процессом и управляет. В гипоталамусе расположен центр терморегуляции, координирующий скорость обменных процессов, сокращение мышц, и тонус сосудов кожи.

Чувствительные нервные клетки этого участка мозга могут различить колебания до сотых и тысячных долей градуса. Они анализируют поступающую информацию и по принципу обратной связи регулируют внутреннюю температуру, устанавливая ее в зависимости от внешних обстоятельств.

В подчинении у гипоталамуса находятся щитовидная железа и надпочечники. Первая влияет на скорость обмена веществ, а вторые - на тонус сосудов и окислительные процессы в мышцах. Используя нейромедиаторы и корректирует состояние организма в соответствии с обстоятельствами.

Total: 0
Вконтакте0
Google+0
ОК0
Facebook0