Механизми на човешката терморегулация. Механизми за терморегулация. Механизмът на терморегулация на човешкото тяло Какви са основните механизми на терморегулация на човешкото тяло Схема на човешката терморегулация

А. Човешкият живот може да протича само в тесен температурен диапазон.

Температурата оказва значително влияние върху хода на жизнените процеси в човешкото тяло и върху неговата физиологична активност. Жизнените процеси са ограничени от тесния температурен диапазон на вътрешната среда, в която могат да възникнат основните ензимни реакции. За човек намаляването на телесната температура под 25 ° C и повишаването над 43 ° C обикновено е фатално. Нервните клетки са особено чувствителни към температурни промени.

Топлинапричинява интензивно изпотяване, което води до дехидратация на организма, загуба на минерални соли и водоразтворими витамини. Последицата от тези процеси е удебеляване на кръвта, нарушен метаболизъм на солта, стомашна секреция и развитие на недостиг на витамини. Допустимата загуба на тегло чрез изпаряване е 2-3%. При 6% загуба на тегло от изпаряване умствената дейност е нарушена, а при 15-20% от загубата на тегло настъпва смърт. Систематичният ефект на високата температура причинява промени в сърдечно-съдовата система: повишен сърдечен ритъм, промени в кръвното налягане, отслабване на функционалните възможности на сърцето. Продължителното излагане на високи температури води до натрупване на топлина в тялото, докато телесната температура може да се повиши до 38-41 ° C и да настъпи топлинен удар със загуба на съзнание.

Ниски температуримогат да бъдат причините за охлаждане и хипотермия на тялото. С охлаждането в тялото, преносът на топлина рефлекторно намалява и производството на топлина се увеличава. Намаляване на преноса на топлина възниква поради спазъм (стесняване) на кръвоносните съдове, увеличаване на термичното съпротивление на телесните тъкани. Продължителното излагане на ниски температури води до постоянен съдов спазъм, недохранване на тъканите. Увеличение на производството на топлина по време на охлаждане се постига чрез усилие на окислителни метаболитни процеси в тялото (намаляване на телесната температура с 1 ° C се придружава от увеличаване на метаболитните процеси с 10 ° C). Излагането на ниски температури е придружено от повишаване на кръвното налягане, обема на вдишване и намаляване на дихателната честота. Охлаждането на тялото променя въглехидратния метаболизъм. Голямото охлаждане е придружено от намаляване на телесната температура, потискане на функциите на органите и телесните системи.

Б. Ядрото и външната обвивка на тялото.

От гледна точка на терморегулацията, човешкото тяло може да бъде представено като състоящо се от два компонента - външен черупкаи вътрешни ядки.

Ядрое част от тялото, която има постоянна температура (вътрешни органи), и черупка- част от тялото, в която има температурен градиент (това са тъкани на повърхностния слой на тялото с дебелина 2,5 см). Топлообменът между сърцевината и околната среда се осъществява през обвивката, т.е. промените в топлопроводимостта на обвивката определят постоянството на температурата на сърцевината. Топлопроводимостта се променя поради промени в кръвоснабдяването и кръвонапълването на мембранните тъкани.

Температурата на различните части на сърцевината е различна. Например в черния дроб: 37,8-38,0 ° C, в мозъка: 36,9-37,8 ° C. Като цяло температурата на сърцевината на човешкото тяло е 37,0 ° C.Това се постига чрез процесите на ендогенна терморегулация, резултатът от които е стабилен баланс между количеството топлина, произведено в тялото за единица време ( топлинни продукти) и количеството топлина, разсеяна от тялото по едно и също време в околната среда ( топлообмен).

Температурата на човешката кожа в различни области варира от 24.4 ° С до 34.4 ° С. Най-ниската температура се наблюдава в пръстите на краката, най-високата в подмишницата. Въз основа на измерването на температурата в подмишницата обикновено се оценява телесната температура в даден момент.

Според осреднени данни средната температура на кожата на гол човек при комфортна температура на въздуха е 33-34 ° C. Има ежедневни колебания в телесната температура. Амплитудата на вибрациите може да достигне 1 ° С. Телесната температура е минимална в сутрешните часове (3-4 часа) и максимална през деня (16-18 часа).

Известен е и феноменът на температурната асиметрия. Наблюдава се в около 54% ​​от случаите, а температурата в лявата подмишница е малко по-висока, отколкото в дясната. Асиметрия е възможна и в други области на кожата, а тежестта на асиметрията над 0,5 ° C показва патология.

Б. Топлообмен. Балансът на генериране на топлина и пренос на топлина в човешкото тяло.

Жизнените процеси на човека са придружени от непрекъснато генериране на топлина в тялото му и освобождаване на генерираната топлина в околната среда. Обменът на топлинна енергия между тялото и околната среда се нарича p топлообмен.Производството на топлина и преносът на топлина се дължат на дейността на централната нервна система, която регулира метаболизма, кръвообращението, изпотяването и дейността на скелетните мускули.

Човешкото тяло е саморегулираща се система с вътрешен източник на топлина, при която при нормални условия производството на топлина (количеството генерирана топлина) е равно на количеството топлина, отдадено на външната среда (пренос на топлина). Нарича се постоянството на телесната температура изотермичен... Той осигурява независимостта на метаболитните процеси в тъканите и органите от колебанията в температурата на околната среда.

Вътрешната температура на човешкото тяло е постоянна (36,5-37 ° C) поради регулирането на интензивността на производството на топлина и преноса на топлина в зависимост от температурата на външната среда. А температурата на човешката кожа под въздействието на външни условия може да варира в относително широк диапазон.

В човешкото тяло за 1 час се генерира толкова топлина, колкото е необходима за кипене на 1 литър ледена вода. И ако тялото беше случай, непроницаем за топлина, тогава за един час телесната температура би се повишила с около 1,5 ° C и след 40 часа ще достигне точката на кипене на водата. По време на тежка физическа работа генерирането на топлина се увеличава няколко пъти. И все пак телесната ни температура не се променя. Защо? Всичко е свързано с балансиране на процесите на образуване и отделяне на топлина в тялото.

Водещият фактор, определящ нивото на топлинния баланс е температура на околната среда.Когато се отклонява от комфортната зона в тялото, се установява ново ниво на топлинен баланс, осигуряващ изотерма в нови условия на околната среда. Това постоянство на телесната температура се осигурява от механизма терморегулация, включително процеса на генериране на топлина и процеса на отделяне на топлина, които се регулират от невро-ендокринния път.

Г. Понятието за терморегулация на тялото.

Терморегулацияе съвкупност от физиологични процеси, насочени към поддържане на относителната постоянство на температурата на ядрото на тялото при условия на промени в температурата на околната среда чрез регулиране на производството на топлина и преноса на топлина. Терморегулацията е насочена към предотвратяване на нарушения в топлинния баланс на тялото или към възстановяването му, ако такива нарушения вече са настъпили, и се извършва по невро-хуморален начин.

Общоприето е, че терморегулацията е характерна само за хомеотермални животни (те включват бозайници (включително хора) и птици), чието тяло има способността да поддържа температурата на вътрешните части на тялото на относително постоянно и достатъчно високо ниво (около 37-38 ° C при бозайниците и 40-42 ° C при птиците), независимо от промените в околната температура.

Механизмът за терморегулация може да бъде представен като кибернетична система за самоуправление с обратна връзка. Колебанията на температурата в околния въздух действат върху специални рецепторни формации ( терморецептори), чувствителен към температурни промени. Терморецепторите предават информация за топлинното състояние на органа към центровете за терморегулация, от своя страна центровете за терморегулация чрез нервни влакна, хормони и други биологично активни вещества променят нивото на топлообмен и производство на топлина на която и да е част от тялото (локална терморегулация) , или на тялото като цяло. Когато центровете за терморегулация са изключени от специални химикали, тялото губи способността си да поддържа постоянна температура. През последните години тази характеристика се използва в медицината за изкуствено охлаждане на тялото по време на сложни хирургични операции на сърцето.

Кожни терморецептори.

Смята се, че хората имат приблизително 150 000 рецептори за студ и 16 000 рецептори за топлина, които реагират на промените в температурата на вътрешните органи. Терморецепторите са разположени в кожата, вътрешностите, дихателните пътища, скелетните мускули и централната нервна система.

Терморецепторите на кожата се адаптират бързо и реагират не толкова на самата температура, колкото на нейните промени. Максималният брой рецептори е разположен в областта на главата и шията, минималният - на крайниците.

Рецепторите за студ са по-малко чувствителни и техният праг на чувствителност е 0,012 ° C (при охлаждане). Прагът на чувствителност на топлинните рецептори е по-висок и възлиза на 0,007 ° C. Това вероятно се дължи на по-голямата опасност от прегряване на тялото.

Г. Видове терморегулация.

Терморегулацията може да бъде разделена на два основни типа:

1. Физическа терморегулация:

Изпаряване (изпотяване);

Радиация (радиация);

Конвекция.

2. Химическа терморегулация.

Контрактилна термогенеза;

Неконтрактилна термогенеза.

Физическа терморегулация(процес, който премахва топлината от тялото) - осигурява запазването на постоянството на телесната температура поради промени в отделянето на топлина от тялото чрез проводимост през кожата (проводимост и конвекция), радиация (радиация) и изпаряване на водата . Възвръщаемостта на постоянно генерираната в тялото топлина се регулира от промени в топлопроводимостта на кожата, подкожния мастен слой и епидермиса. Топлообменът се регулира до голяма степен от динамиката на кръвообращението в топлопроводимите и топлоизолационните тъкани. С повишаване на температурата на околната среда, изпарението започва да доминира при пренос на топлина.

Провеждането, конвекцията и лъчението са пасивни пътища за пренос на топлина, основани на законите на физиката. Те са ефективни само при поддържане на положителен температурен градиент. Колкото по-малка е температурната разлика между тялото и околната среда, толкова по-малко топлина се отделя. При едни и същи индикатори или при висока околна температура споменатите пътеки са не само неефективни, но в същото време и тялото се загрява. При тези условия в тялото се задейства само един механизъм за отделяне на топлина - изпотяване.

При ниски температури на околната среда (15 ° C и по-ниски) около 90% от дневния топлообмен се получава поради топлопроводимост и топлинно излъчване. При тези условия не се наблюдава видимо изпотяване. При температура на въздуха 18-22 ° C, преносът на топлина поради топлопроводимост и топлинно излъчване намалява, но загубата на топлина от тялото се увеличава чрез изпаряване на влагата от повърхността на кожата. Когато температурата на околната среда се повиши до 35 ° C, преносът на топлина посредством радиация и конвекция става невъзможен, а телесната температура се поддържа на постоянно ниво единствено чрез изпаряване на водата от повърхността на кожата и алвеолите на белите дробове. При висока влажност на въздуха, когато изпаряването на водата е трудно, може да възникне прегряване на тялото и да се развие топлинен удар.

Човек в покой при температура на въздуха около 20 ° C и общ топлообмен 419 kJ (100 kcal) на час, с помощта на радиация се губи 66%, изпаряване на вода - 19%, конвекция - 15% от обща топлинна загуба от тялото.

Химическа терморегулация(процес, който осигурява образуването на топлина в тялото) - реализира се чрез метаболизма и чрез производството на топлина на такива тъкани като мускули, както и на черния дроб, кафява мазнина, тоест чрез промяна на нивото на производство на топлина - чрез увеличаване или отслабване на интензивността на метаболизма в клетките на тялото. Когато органичните вещества се окисляват, се отделя енергия. Част от енергията отива за синтеза на АТФ (аденозин трифосфатът е нуклеотид, който играе изключително важна роля в метаболизма на енергията и веществата в тялото). Тази потенциална енергия може да бъде използвана от тялото при по-нататъшната му дейност. Всички тъкани са източник на топлина в тялото. Кръвта тече през тъканите и се загрява. Повишаването на температурата на околната среда предизвиква рефлекторно намаляване на метаболизма, в резултат на което генерирането на топлина в тялото намалява. С понижаване на температурата на околната среда интензивността на метаболитните процеси рефлекторно се увеличава и генерирането на топлина се увеличава.

Активирането на химическата терморегулация се случва, когато физическата терморегулация е недостатъчна за поддържане на постоянна телесна температура.

Нека разгледаме тези видове терморегулация.

Физическа терморегулация:

Под физическа терморегулацияразбират съвкупността от физиологични процеси, водещи до промяна в нивото на топлообмен. Има следните начини за пренос на топлина от тялото към околната среда:

Изпаряване (изпотяване);

Радиация (радиация);

Топлопроводимост (проводимост);

Конвекция.

Нека ги разгледаме по-подробно:

1. Изпаряване (изпотяване):

Изпаряване (изпотяване)е отделянето на топлинна енергия в околната среда поради изпаряване на потта или влагата от повърхността на кожата и лигавиците на дихателните пътища. При хората потта постоянно се отделя от потните жлези на кожата („осезаема“ или жлезиста, загуба на вода), лигавиците на дихателните пътища се навлажняват („незабележима“ загуба на вода). В същото време "осезаемата" загуба на вода от организма има по-значителен ефект върху общото количество топлина, отделяна от изпарението, отколкото "незабележимата".

При околна температура от около 20 ° C, изпарението на влагата е около 36 g / h. Тъй като човек изразходва 0,58 kcal топлинна енергия за изпаряване на 1 g вода, лесно е да се изчисли, че чрез изпаряване тялото на възрастен отделя около 20% от цялата разсеяна топлина в околната среда при тези условия. Повишаването на външната температура, извършването на физическа работа, продължителният престой в топлоизолационното облекло увеличават изпотяването и може да се увеличат до 500-2000 g / h.

Човек не понася относително ниска околна температура (32 ° C) във влажен въздух. При напълно сух въздух човек може да остане без забележимо прегряване 2-3 часа при температура 50-55 ° C. Дрехите, непроницаеми за въздух (гумени, плътни и др.), Които предотвратяват изпарението на потта, също се понасят зле: слоят въздух между дрехите и тялото бързо се насища с пари и по-нататъшното изпаряване на потта спира.

Процесът на пренос на топлина с помощта на изпарение, макар и да е само един от методите за терморегулация, има едно изключително предимство - ако външната температура надвишава средната температура на кожата, тогава тялото не може да отдаде топлина на външната среда чрез други методи за терморегулация (радиация, конвекция и проводимост). които ще обсъдим по-долу. При тези условия тялото започва да абсорбира топлината отвън и единственият начин за разсейване на топлината е да се увеличи изпарението на влагата от повърхността на тялото. Такова изпаряване е възможно, докато влажността на околния въздух остава под 100%. При интензивно изпотяване, висока влажност и ниска скорост на въздуха, когато капките пот, които нямат време да се изпарят, се сливат и оттичат от повърхността на тялото, преносът на топлина чрез изпаряване става по-малко ефективен.

Когато потта се изпарява, тялото ни се отказва от енергията си. Всъщност, благодарение на енергията на нашето тяло, течните молекули (т.е. потта) разрушават молекулярните връзки и преминават от течно в газообразно състояние. Енергията се изразходва за разкъсване на връзките и в резултат на това температурата на тялото спада. Хладилникът работи по същия начин. Той успява да поддържа температурата в камерата много по-ниска от околната температура. Той прави това благодарение на консумираната електроенергия. И ние правим това, използвайки енергията, получена от разграждането на храната.

Контролирането на избора на облекло може да помогне за намаляване на топлинните загуби от изпаряване. Дрехите трябва да се избират въз основа на метеорологичните условия и текущата активност. Не бъдете мързеливи да сваляте излишните дрехи, когато натоварването расте. Ще се потите по-малко. И не бъдете мързеливи да го поставите отново, когато товарите спрат. Премахнете защитата от влага и вятър, ако няма вятър и дъжд, в противен случай дрехите ви ще се намокрят отвътре от потта ви. И в контакт с мокри дрехи също губим топлина чрез топлопроводимост. Водата провежда топлината 25 пъти по-добре от въздуха. Това означава, че в мокри дрехи губим топлина 25 пъти по-бързо. Ето защо е важно да поддържате дрехите си сухи.

Изпарението е разделено на 2 вида:

но) Неусетно изпотяване(без участието на потните жлези) е изпаряването на вода от повърхността на белите дробове, лигавиците на дихателните пътища и водата, просмукваща се през епитела на кожата (изпаряване от повърхността на кожата се случва дори ако кожата е суха ).

До 400 мл вода се изпаряват през дихателните пътища на ден, т.е. тялото губи до 232 ккал на ден. Ако е необходимо, тази стойност може да бъде увеличена поради термична диспнея. Средно около 240 ml вода се просмукват през епидермиса на ден. Следователно по този начин тялото губи до 139 ккал на ден. Тази стойност по правило не зависи от регулаторните процеси и различни фактори на околната среда.

б) Възприето изпотяване(с активното участие на потните жлези) - това е отделянето на топлина чрез изпаряване на потта. Средно на ден се отделят 400-500 ml пот при комфортна температура на околната среда, поради което се отделят до 300 kcal енергия. Изпаряването на 1 литър пот при човек с тегло 75 кг може да понижи телесната температура с 10 ° С. Въпреки това, ако е необходимо, обемът на изпотяване може да се увеличи до 12 литра на ден, т.е. чрез изпотяване можете да загубите до 7000 ккал на ден.

Ефективността на изпарението до голяма степен зависи от околната среда: колкото по-висока е температурата и колкото по-ниска е влажността, толкова по-висока е ефективността на изпотяване като механизъм за пренос на топлина. Изпаряването не е възможно при 100% влажност. При висока атмосферна влажност по-трудно се понасят високите температури, отколкото при ниска влажност. Във въздух, наситен с водни пари (например в баня), потта се отделя в големи количества, но не се изпарява и изтича от кожата. Такова изпотяване не допринася за отделянето на топлина: за преноса на топлина е важна само тази част от потта, която се изпарява от повърхността на кожата (тази част от потта представлява ефективно изпотяване).

2. Радиация (радиация):

Радиация (радиация)е метод за пренос на топлина към околната среда от повърхността на човешкото тяло под формата на електромагнитни вълни в инфрачервения диапазон (а = 5-20 микрона). Поради радиацията всички обекти, чиято температура е над абсолютната нула, отделят енергия. Електромагнитното излъчване свободно преминава през вакуум, атмосферният въздух също може да се счита за "прозрачен" за него.

Както знаете, всеки предмет, който се нагрява над температурата на околната среда, излъчва топлина. Всички го усещаха седнали до огъня. Огънят излъчва топлина и загрява предмети около него. В този случай огънят губи топлината си.

Човешкото тяло започва да излъчва топлина веднага щом околната температура спадне под температурата на повърхността на кожата. За да предотвратите загубата на топлина от радиация, трябва да защитите откритите области на тялото. Това се прави с облекло. По този начин ние създаваме слой въздух в дрехите между кожата и околната среда. Температурата на този слой ще бъде равна на телесната температура и загубата на топлина от радиация ще намалее. Защо топлинните загуби не спират изобщо? Защото сега отопляемите дрехи ще излъчват топлина, губейки я. И дори да облечете още един слой дрехи, няма да спрете лъчението.

Количеството топлина, отделяно от тялото в околната среда чрез радиация, е пропорционално на повърхността на радиацията (площта на телесната повърхност, непокрита с дрехи) и разликата в средните температури на кожата и околен свят. При температура на околната среда 20 ° C и относителна влажност 40-60%, тялото на възрастен човек се разсейва с радиация около 40-50% от цялата отдадена топлина. Ако температурата на околната среда надвишава средната температура на кожата, човешкото тяло, абсорбирайки инфрачервени лъчи, излъчвани от околните предмети, се загрява.

Топлопредаването чрез радиация се увеличава с намаляване на температурата на околната среда и намалява с повишаване на температурата. В условия на постоянна околна температура, излъчването от телесната повърхност се увеличава с повишаване на температурата на кожата и намалява с намаляване на температурата на кожата. Ако средните температури на повърхността на кожата и околната среда се изравнят (температурната разлика става равна на нула), тогава отделянето на топлина чрез радиация става невъзможно.

Възможно е да се намали преносът на топлина на тялото чрез радиация чрез намаляване на повърхността на радиацията - промяна в положението на тялото... Например, когато на куче или котка им е студено, те се свиват на топка, като по този начин намаляват повърхността на топлопреминаване; когато е горещо, животните, напротив, заемат положение, при което топлообменната повърхност е максимална. Човек не е лишен от този метод на физическа терморегулация, „свивайки се на топка“, докато спи в студена стая.

3. Топлопроводимост (проводимост):

Топлопроводимост (проводимост)- Това е метод за топлообмен, който се осъществява при контакт, контакт на човешкото тяло с други физически тела. Количеството топлина, отделяно от тялото на околната среда по този метод, е пропорционално на разликата в средните температури на контактните тела, площта на контактните повърхности, времето на термичния контакт и топлопроводимостта на контактуващия тяло.

Загубата на топлина от топлопроводимост възниква, когато възникне директен контакт със студен предмет. В този момент тялото ни отделя топлината си. Скоростта на топлинните загуби силно зависи от топлопроводимостта на обекта, с който влизаме в контакт. Например топлопроводимостта на камъка е 10 пъти по-висока от тази на дървото. Следователно, седнали на камък, ще загубим топлина много по-бързо. Сигурно сте забелязали, че седенето на камък е някак по-студено от седенето на дънер.

Решение? Изолирайте тялото си от студени предмети, като използвате лоши топлопроводници. Просто казано, например, ако пътувате в планината, когато се успокоите, седнете на туристически килим или ролка дрехи. Не забравяйте да поставите подходяща за времето пътническа подложка под спалния чувал през нощта. Или, в краен случай, дебел слой суха трева или игли. Земята провежда добре (и следователно „отнема“) топлината и се охлажда много през нощта. През зимата не боравете с метални предмети с голи ръце. Използвайте ръкавици. При силни студове може да се получат местни измръзвания от метални предмети.

Сухият въздух, мастната тъкан се характеризират с ниска топлопроводимост и са топлоизолатори (лоши топлопроводи). Облеклото намалява преноса на топлина. Загубата на топлина се предотвратява от слоя неподвижен въздух, който е между дрехите и кожата. Топлоизолационните свойства на облеклото са колкото по-високи, толкова по-фина е клетъчността на неговата структура, която съдържа въздух. Това обяснява добрите топлоизолационни свойства на вълненото и кожено облекло, което прави възможно човешкото тяло да намали разсейването на топлината посредством топлопроводимост. Температурата на въздуха под дрехите достига 30 ° C. И обратно, голото тяло губи топлина, тъй като въздухът на повърхността му постоянно се променя. Следователно температурата на кожата на откритите части на тялото е много по-ниска от тази на облечените части.

Влажният въздух, наситен с водни пари, се характеризира с висока топлопроводимост. Следователно престоят на човек в среда с висока влажност при ниска температура е придружен от увеличени топлинни загуби в тялото. Мокрото облекло също губи своите топлоизолационни свойства.

4. Конвекция:

Конвекция- Това е метод за пренос на топлина от тялото, осъществяван чрез пренос на топлина чрез движещи се частици въздух (вода). За разсейване на топлината чрез конвекция е необходим въздушен поток около повърхността на тялото с температура, по-ниска от температурата на кожата. В същото време слоят въздух в контакт с кожата се загрява, намалява нейната плътност, издига се и се заменя с по-студен и плътен въздух. При условия, когато температурата на въздуха е 20 ° C, а относителната влажност е 40-60%, тялото на възрастен човек разсейва около 25-30% от топлината в околната среда чрез топлопроводимост и конвекция (основна конвекция). С увеличаване на скоростта на движение на въздушните потоци (вятър, вентилация), интензивността на пренос на топлина (принудителна конвекция) също се увеличава значително.

Същността на процеса на конвекция е следната- тялото ни загрява въздуха близо до кожата; нагрятият въздух става по-лек от студения и се издига и той се заменя със студен въздух, който отново се загрява, става по-лек и се измества от следващата порция студен въздух. Ако нагрятият въздух не се улавя от дрехите, тогава този процес ще бъде безкраен. Всъщност не нашите дрехи ни затоплят, а въздухът, който задържа.

Когато духа вятър, ситуацията се влошава. Вятърът носи огромни порции неотопляем въздух. Дори когато носим топъл пуловер, вятърът не струва нищо, за да изгони топлия въздух от него. Същото се случва и когато се движим. Нашето тяло се „срива“ във въздуха и то тече около нас, действайки като вятър. Това също умножава топлинните загуби.

Какво е решението? Носете ветровка: ветровка и ветроустойчиви панталони. Не забравяйте за защитата на врата и главата. Поради активната циркулация на кръвта в мозъка, шията и главата са най-нагряваните части на тялото, така че топлинните загуби от тях са много големи. Също така, при студено време е необходимо да се избягват издухани места както по време на шофиране, така и при избора на място за спане.

Химическа терморегулация:

Химическа терморегулациягенерирането на топлина се извършва поради промяна в нивото на метаболизма (окислителни процеси), причинено от микровибрация на мускулите (вибрации), което води до промяна в образуването на топлина в тялото.

Източникът на топлина в тялото са екзотермични реакции на окисляване на протеини, мазнини, въглехидрати, както и хидролиза на АТФ (аденозин трифосфатът е нуклеотид, който играе изключително важна роля в метаболизма на енергията и веществата в тялото; първо от всичко това съединение е известно като универсален източник на енергия за всички биохимични процеси, протичащи в живите системи). По време на разграждането на хранителните вещества част от освободената енергия се натрупва в АТФ, част се разсейва под формата на топлина (първичната топлина е 65-70% от енергията). Когато се използват високоенергийните връзки на молекулите на АТФ, част от енергията се изразходва за извършване на полезна работа, а част се разсейва (вторична топлина). По този начин два потока топлина - първичен и вторичен - са топлинни продукти.

Химическата терморегулация е от съществено значение за поддържане на постоянна телесна температура както при нормални условия, така и при промяна на околната температура. При хората се отбелязва увеличаване на производството на топлина поради увеличаване на скоростта на метаболизма, по-специално, когато температурата на околната среда стане по-ниска от оптималната температура или зоната на комфорт. За човек в обикновени леки дрехи тази зона е в диапазона 18-20 ° С, а за гол човек е равна на 28 ° С.

Оптималната температура, докато сте във вода, е по-висока, отколкото във въздуха. Това се дължи на факта, че водата, която има висок топлинен капацитет и топлопроводимост, охлажда тялото 14 пъти повече от въздуха, следователно в хладна баня метаболизмът се увеличава значително повече, отколкото при излагане на въздух при същата температура.

Най-интензивното генериране на топлина в тялото се случва в мускулите. Дори човек да лежи неподвижно, но с напрегнати мускули, интензивността на окислителните процеси и в същото време генериране на топлина се увеличава с 10%. Леката физическа активност води до увеличаване на производството на топлина с 50-80%, а тежката мускулна работа - с 400-500%.

Черният дроб и бъбреците също играят съществена роля в химическата терморегулация. Температурата на кръвта в чернодробната вена е по-висока от температурата на кръвта на чернодробната артерия, което показва интензивно генериране на топлина в този орган. Когато тялото се охлади, производството на топлина в черния дроб се увеличава.

Ако е необходимо да се увеличи производството на топлина, в допълнение към възможността за получаване на топлина отвън, тялото използва механизми, които увеличават производството на топлинна енергия. Такива механизми включват съкратителнаи неконтрактилна термогенеза.

1. Контрактилна термогенеза.

Този тип терморегулация работи, когато ни е студено и трябва да повишим телесната си температура. Този метод се състои в мускулна контракция... С мускулната контракция се увеличава хидролизата на АТФ, следователно се увеличава притокът на вторична топлина, използвана за затопляне на тялото.

Доброволната дейност на мускулния апарат се проявява главно под въздействието на мозъчната кора. В същото време увеличаването на производството на топлина е възможно 3-5 пъти в сравнение със стойността на основния метаболизъм.

Обикновено, когато температурата на околната среда и температурата на кръвта намаляват, първата реакция е повишаване на тона на терморегулация(космите по тялото "се надигат", появяват се "настръхване"). От гледна точка на механиката на свиване, този тон е микровибрация и позволява увеличаване на производството на топлина с 25-40% от първоначалното ниво. Обикновено мускулите на врата, главата, багажника и крайниците участват в създаването на тонус.

При по-значителна хипотермия, терморегулаторният тонус се превръща в специален вид мускулна контракция - мускулна студена тръпкапри които мускулите не вършат полезна работа и свиването им е насочено изключително към генериране на топлина. Студената тръпка е неволна ритмична дейност на повърхностно разположени мускули, в резултат на което метаболитните процеси в тялото се засилват значително, консумацията на кислород и въглехидратите от мускулната тъкан се увеличават, което води до повишено генериране на топлина. Треперенето често започва в мускулите на врата и лицето. Това се дължи на факта, че на първо място трябва да се повиши температурата на кръвта, която тече към мозъка. Смята се, че производството на топлина по време на студени тръпки е 2-3 пъти по-високо, отколкото при доброволна мускулна дейност.

Описаният механизъм работи на рефлекторно ниво, без участието на нашето съзнание. Но можете да повишите и телесната температура с съзнателна двигателна активност... При извършване на физическа активност с различна мощност, производството на топлина се увеличава 5-15 пъти в сравнение с нивото на почивка. През първите 15-30 минути на продължителна работа, температурата в сърцевината се повишава доста бързо до относително стационарно ниво и след това остава на това ниво или продължава да се покачва бавно.

2. Неконтрактилна термогенеза:

Този тип терморегулация може да доведе както до повишаване, така и до намаляване на телесната температура. Извършва се чрез ускоряване или забавяне на катаболните метаболитни процеси (окисляване на мастни киселини). А това от своя страна ще доведе до намаляване или увеличаване на производството на топлина. Поради този тип термогенеза, нивото на топлинна продукция при хората може да се увеличи 3 пъти в сравнение с нивото на основния метаболизъм.

Регулирането на процесите на неконтрактилна термогенеза се осъществява чрез активиране на симпатиковата нервна система, производството на хормони на щитовидната жлеза и надбъбречната медула.

Д. Управление на терморегулацията.

Хипоталамус.

Системата за терморегулация се състои от редица елементи с взаимосвързани функции. Информацията за температурата идва от терморецепторите и пътува до мозъка с помощта на нервната система.

Основната роля в терморегулацията се играе от хипоталамус... Той съдържа основните центрове на терморегулация, които координират многобройни и сложни процеси, които осигуряват поддържането на телесната температура на постоянно ниво.

Хипоталамус- Това е малка площ в диенцефалона, която включва голям брой групи клетки (над 30 ядра), които регулират невроендокринната активност на мозъка и хомеостазата (способността да се поддържа постоянството на вътрешното му състояние) на тялото. Хипоталамусът е свързан чрез нервни пътища с почти всички части на централната нервна система, включително кората, хипокампуса, амигдалата, малкия мозък, мозъчния ствол и гръбначния мозък. Заедно с хипофизната жлеза хипоталамусът формира хипоталамо-хипофизната система, в която хипоталамусът контролира отделянето на хипофизни хормони и е централната връзка между нервната и ендокринната системи. Той секретира хормони и невропептиди и регулира функции като глад и жажда, терморегулация на тялото, сексуално поведение, сън и будност (циркадни ритми). Последните проучвания показват, че хипоталамусът също играе важна роля в регулацията на висшите функции, като паметта и емоционалното състояние, и по този начин участва във формирането на различни аспекти на поведението.

Разрушаването на центровете на хипоталамуса или нарушаване на нервните връзки води до загуба на способността за регулиране на телесната температура.

Предният хипоталамус съдържа неврони, които контролират преноса на топлина.(те осигуряват физическа терморегулация - вазоконстрикция, изпотяване). Когато невроните на предния хипоталамус са унищожени, тялото не понася високи температури, но физиологичната активност остава в студени условия.

Невроните на задния хипоталамус контролират процесите на производство на топлина(те осигуряват химическа терморегулация - повишено производство на топлина, мускулни треперения) Когато са повредени, способността за засилване на енергийния обмен е нарушена, така че тялото не понася добре студа.

Термочувствителните нервни клетки от преоптичната област на хипоталамуса директно "измерват" температурата на артериалната кръв, протичаща през мозъка, и са силно чувствителни към температурни промени (те са в състояние да различат разликата в температурата на кръвта от 0,011 ° C). Съотношението на чувствителните към студ и топлина неврони в хипоталамуса е 1: 6, така че централните терморецептори се активират предимно, когато температурата на „сърцевината” на човешкото тяло се повиши.

Въз основа на анализа и интегрирането на информация за температурата на кръвта и периферните тъкани, непрекъснато се определя средната (интегрална) стойност на телесната температура в преоптичната област на хипоталамуса. Тези данни се предават чрез интеркаларни неврони към група неврони в предната част на хипоталамуса, които задават определено ниво на телесна температура в тялото - „зададена точка“ за терморегулация. Въз основа на анализа и сравненията на средната телесна температура и зададената температура, които трябва да се регулират, механизмите на "зададената точка" чрез ефекторните неврони на задния хипоталамус действат върху процесите на пренос на топлина или производство на топлина, за да докажат действителната и зададената температура в съответствие.

По този начин, поради функцията на центъра на терморегулацията, се установява баланс между производството на топлина и преноса на топлина, което позволява поддържането на телесната температура в границите, оптимални за жизнената дейност на организма.

Ендокринна система.

Хипоталамусът контролира процесите на производство на топлина и пренос на топлина, изпращайки нервни импулси към жлезите с вътрешна секреция, главно щитовидната жлеза и надбъбречните жлези.

Участие щитовидната жлезапри терморегулацията се дължи на факта, че ефектът от ниската температура води до повишено отделяне на нейните хормони (тироксин, трийодтиронин), които ускоряват метаболизма и съответно генерирането на топлина.

Роля надбъбречни жлезисвързано с освобождаването на катехоламини (адреналин, норепинефрин, допамин) в кръвния поток, които чрез увеличаване или намаляване на окислителните процеси в тъканите (например в мускулите) увеличават или намаляват производството на топлина и стесняват или увеличават кожните съдове, променяйки нивото на топлообмен.

1) Въведение ……………………………………………………………… .3

2) Пойкилотермия, хетеротермия, хомеотермия ........................................... .................. 4

3) Принципи на регулиране на телесната температура, топлинен баланс ………… ... 5

4) Физиология на теморецепторите …………………………………………… 6

5) Центрове за терморегулация …………………………………………… ... 8

а) центрове за топлопреминаване …………………………………………… ... 9

б) центрове за производство на топлинна енергия ……………………………………… ..10

6) Механизми за производство на топлина ……………………………………… ..10

а) съкратителна термогенеза ……………………………………… 11

б) неконтрактилна термогенеза …………………………………… 12

7) Механизми за пренос на топлина …………………………………………… .12

а) топлопроводимост ……………………………………………… ... 13

б) топлинна радиация ………………………………………………… .13

в) конвекция ……………………………………………………… ..14

г) изпаряване ……………………………………………………… .14

8) Метаболизъм ……………………………………………………… .16

9) Храна ……………………………………………………………… .17

10) Заключение ………………………………………………………… ... 20

11) Списък на използваната литература ……………………………………… .23

ВЪВЕДЕНИЕ

Без значение колко разнообразни са формите на проявление на живота, те винаги са неразривно свързани с трансформацията на енергията. Енергийният метаболизъм е характеристика, присъща на всяка жива клетка. Богатите на енергия хранителни вещества се абсорбират и преобразуват химически, а отпадъчните метаболитни отпадъци с по-ниска енергия се отделят от клетката. Според първия закон на термодинамиката енергията не изчезва и не възниква отново. Организмите трябва да получават енергия в достъпна за тях форма от околната среда и да връщат подходящо количество енергия в околната среда във форма, която е по-малко подходяща за по-нататъшно използване.

Преди около век френският физиолог Клод Бернар установява, че живият организъм и околната среда образуват единна система, тъй като има непрекъснат обмен на вещества и енергия между тях. Нормалното функциониране на тялото се подпомага от регулирането на вътрешните компоненти, което изисква енергийни разходи. Използването на химическа енергия в тялото се нарича енергиен метаболизъм: той е този, който служи като индикатор за общото състояние и физиологичната активност на тялото.

Метаболитни (или метаболитни) процеси, по време на които специфични елементи на тялото се синтезират от абсорбираната храна, се наричат ​​анаболизъм; съответно тези метаболитни процеси, в хода на които структурните елементи на тялото или абсорбираните хранителни продукти претърпяват разрушаване, се наричат ​​катаболизъм.

Живият организъм произвежда топлина, която се използва за отопление на тялото. Специфичният топлинен капацитет на човешкото тяло (количеството топлина, необходимо за нагряване на тъканта с 1 ° C) е средно 0,83 kcal / kg на 1 градус (за вода - 1 kcal / kg на градус). За да се повиши телесната температура на човек с тегло 70 kg с 1 °, трябва да се изразходват 58,1 kcal (0,83 70). Средно човек с тегло 70 кг в условия на покой отделя около 72 ккал / час. Следователно, ако няма втори процес - пренос на топлина, тогава всеки час човешките тъкани ще се нагряват с 1,24 ° (72: 58,1). Това обаче не се случва, тъй като при нормални условия в покой скоростта на производство на топлина е равна на скоростта на нейната загуба. Това се нарича топлинен баланс, който се основава на процесите на регулиране на производството на топлина и преноса на топлина. Заедно това се нарича терморегулация.

ПОЙКИЛОТЕРМИЯ, ХЕТЕРОТЕРМИЯ, ХОМОЙОТЕРМИЯ

Има по-нисък етап в еволюцията на системата за терморегулация, при който телесната температура на животното зависи главно от температурата на околната среда: когато тя намалява, телесната температура също спада и обратно. Това състояние на телесната температура се нарича пойкилотермия, а животните - пойкилотермия. Жабата е типичен представител на пойкилотерма. През зимата температурата на тялото на жабата се доближава до нула. В това състояние тя все още е способна на дълги скокове, но не повече от 12-15 см. През лятото телесната й температура достига 20-25 ° C и може да скача много по-далеч - до 1 м. Обикновено при условия при ниска температура, пойкилотермичните животни изпадат в състояние на спряна анимация. Има микроорганизми, за които оптималната температура на околната среда варира от 0 ° С до минус 60 ° С, например микроби, живеещи в ледената маса, или обратно микроорганизми, които могат да издържат на околната температура от + 70 ° С до + 120 ° С например микроби с горещи извори.

Механизми за производство на топлина и пренос на топлина.

А - ролята на органите в производството на топлина

Б - ролята на органите в преноса на топлина

Редица животни, например прилепи, гризачи, някои видове птици, например колибри, принадлежат към групата на хетеротермалните организми: при някои условия те са пойкилотермни организми, при други те са хомеотермични.

Бозайниците принадлежат към хомеотермални организми (топлокръвни), при които протича изотермия или постоянство на телесната температура. Изотермията обаче има относително естество: температурата на тъканите, разположени не по-дълбоко от 3 см от телесната повърхност (кожа, подкожна тъкан, повърхностни мускули) или черупката, до голяма степен зависи от външната температура, докато ядрото на тялото , т.е. централната нервна система, вътрешните органи, скелетните мускули, разположени по-дълбоко от 3 см, имат относително постоянна температура, независимо от околната температура. По този начин топлокръвните животни имат пойкилотермична обвивка и хомеотермално „ядро“ или „ядро“.

Органи за производство на топлина и контрол на производството на топлина.

K - кора, Kzh - кожа, CGT - центрове на хипоталамуса, Cdc - вазомоторен център, PM - продълговатия мозък, Cm - гръбначен мозък, Gf - хипофизна жлеза, TG - хормон, стимулиращ щитовидната жлеза, IVS - жлези с вътрешна секреция, Hm - хормони, M - мускул, Pt - черен дроб, Ptr - храносмилателен тракт, a, b - поток от диференциални импулси.

За човек средната температура на мозъка, кръвта и вътрешните органи се доближава до 37 ° C. Физиологичната граница на колебанията в тази температура е 1,5 °. Промяната в температурата на кръвта и вътрешните органи при човек с 2-2,5 ° C от средното ниво е придружено от нарушение на физиологичните функции, а телесната температура над 43 ° C е практически несъвместима с човешкия живот.

ПРИНЦИПИ НА РЕГУЛИРАНЕ НА ТЕМПЕРАТУРАТА НА ТЯЛОТО,

ТЕРМИЧЕН БАЛАНС

Температурата на сърцевината (тялото) се определя от два потока - генериране на топлина (производство на топлина) и пренос на топлина (отделяне на топлина). В термонеутрална зона или зона на комфорт (при 27-32 ° C) има баланс между производството на топлина и преноса на топлина. Например, при условия на физиологична почивка тялото произвежда около 1,18 kcal / минута (или около 70 kcal на час) и същото количество топлина се отделя в околната среда. При ниска температура на околната среда, въпреки защитния механизъм, загубата на топлина от тялото се увеличава. При тези условия, за да поддържа телесната температура, тялото трябва еквивалентно да увеличи производството на топлина. По този начин възниква ново ниво на топлинен баланс. Например, при температура на въздуха 10 ° C, преносът на топлина достига 120 kcal / час (при условия на комфорт - 70 kcal / час), следователно, за да се поддържа телесната температура на постоянно ниво, производството на топлина също трябва да се увеличи до 120 kcal / час.

При високи температури на околната среда, например при 40 ° C, отделянето на топлина значително намалява, например, до 40 kcal / h (вместо 70 kcal / h в комфортна среда). За да се поддържа постоянна телесна температура, производството на топлина също трябва да намалее до около 40 kcal / час. Установява се ново ниво на топлинен баланс, което осигурява поддържане на телесната температура.

По този начин водещият фактор, определящ нивото на топлинен баланс, е околната температура.

Като се има предвид, че производството на топлина варира в зависимост от вида на физическата активност на човек и количеството на топлопреминаване до голяма степен зависи от температурата на околната среда, са необходими механизми за регулиране на производството на топлина и топлопреминаването. Те се извършват с участието на специализирани структури на мозъка, обединени в центъра на терморегулацията. Принципът на регулиране е, че управляващото устройство (център за терморегулация) получава информация от терморецепторите. Въз основа на тази информация той генерира такива команди, благодарение на които активността на управляващите обекти (работещи структури, които определят интензивността на производството на топлина и преноса на топлина) се променя, така че възниква ново ниво на топлинен баланс, в резултат на което тялото температурата остава на постоянно ниво. Системата за терморегулация може да работи в режим на проследяване или на принципа на несъответствие - температурата на кръвта се е променила, дейността на контролните обекти се променя. Системата за терморегулация обаче предвижда и по-мек метод за поддържане на постоянна телесна температура, който се основава на принципа на регулиране чрез смущения: открива се промяна в температурата на околната среда и без да се чака това да повлияе на кръвната температура , в системата се появяват команди, които променят работата на контролните обекти по този начин, за да се поддържа постоянна кръвната температура. В допълнение, системата за терморегулация може да функционира и в режим на предсказуем контрол, т.е. ранен контрол (това са условни рефлекси): човек тъкмо е на път да излезе на зимна улица и производството на топлина вече се увеличава, което е необходими за компенсиране на топлинните загуби, които ще възникнат при човек на улицата при ниски температурни условия. Във всички случаи се изисква информация за температурата на тялото (сърцевина и обвивка) за оптимално регулиране на интензивността на производството на топлина и преноса на топлина. Предава се на централната нервна система от терморецептори.

ФИЗИОЛОГИЯ НА ТЕРМОРЕЦЕПТОРИТЕ

Терморецепторите са разположени в различни части на кожата, във вътрешните органи (в стомаха, червата, матката, пикочния мехур), в дихателните пътища, лигавиците, очната роговица, скелетните мускули, кръвоносните съдове, включително артериите, аортата и каротидни зони, в много големи вени, както и в мозъчната кора, гръбначния мозък, ретикуларната формация, средния мозък, хипоталамуса.

Терморецепторите на централната нервна система най-вероятно са неврони, които едновременно действат като рецептори и ролята на аферентния неврон.

Терморецепторите на кожата са проучени най-пълно. Повечето терморецептори се намират на скалпа (лицето) и шията. Средно има 1 терморецептор на 1 mm 2 от повърхността на кожата. Кожните терморецептори се делят на студени и топлинни. От своя страна студените се подразделят на студени (специфични), които реагират само на температурни промени, и тактилно-студени, или неспецифични, които могат едновременно да реагират както на температурните промени, така и на налягането.

Рецепторите за студ са разположени на дълбочина 0,17 mm от повърхността на кожата. Общо са около 250 хиляди. Те реагират на температурни промени с кратък период на латентност. В този случай честотата на потенциала на действие линейно зависи от температурата в диапазона от 41 ° до 10 ° C: колкото по-ниска е температурата, толкова по-висока е честотата на импулсите. Оптималната чувствителност е в диапазона от 15 ° до 30 ° С, а според някои източници - до 34 ° С.

Топлинните рецептори лежат по-дълбоко - на разстояние 0,3 мм от повърхността на кожата. Общо са около 30 хиляди. Те реагират на температурни промени линейно в диапазона от 20 ° до 50 ° C: колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е честотата на генериране на потенциала за действие. Оптималната чувствителност е в рамките на 34-43 ° C.

Сред студените и топлинните рецептори има популации рецептори с различна чувствителност: някои реагират на температурни промени, равни на 0,1 ° С (силно чувствителни рецептори), други - на температурни промени, равни на 1 ° С (рецептори със средна чувствителност), и все още други - до промяна в 10 ° C (високопрагови или нискочувствителни рецептори).

Информацията от кожните рецептори отива в централната нервна система чрез аферентните влакна на групата А-делта и през влакната на групата С; тя достига централната нервна система с различна скорост. Най-вероятно импулсите от студените рецептори преминават по A-делта влакна.

Импулсът от кожните рецептори навлиза в гръбначния мозък, където са разположени вторите неврони, което води до спиноталамусния път, който завършва във вентробазалните ядра на таламуса, откъдето част от информацията постъпва в сензомоторната зона на мозъчната кора, и част - към хипоталамусните центрове на терморегулация.

Висшите части на централната нервна система (кора и лимбична система) осигуряват формирането на топлинно усещане (топлина, студ, топлинен комфорт, топлинен дискомфорт). Усещането за комфорт се основава на потока от импулси от терморецепторите на черупката (главно кожата). Следователно тялото може да бъде „измамено“ - ако в условия на висока температура тялото се охлади с хладна вода, какъвто е случаят с лятното плуване в жегата, тогава се създава усещане за температурен комфорт.

ЦЕНТРИ ЗА ТЕРМИЧНО РЕГУЛИРАНЕ

Терморегулацията се извършва главно с участието на централната нервна система, въпреки че някои процеси на терморегулация са възможни и без централната нервна система. И така, известно е, че кръвоносните съдове на кожата могат сами да реагират на студ: поради термичната чувствителност на клетките на гладките мускули към студ настъпва релаксация на гладката мускулатура, следователно в студа първо се появява рефлексен спазъм, който е придружен от болка, а след това съдът се разширява поради директния ефект на студа върху гладкомускулните клетки. По този начин комбинацията от двата механизма на регулиране дава възможност, от една страна, да се затопли, а от друга, да се предотврати изпитанието на тъкани от кислороден глад.

Центровете за терморегулация са в широк смисъл съвкупност от неврони, участващи в терморегулацията. Те се намират в различни области на централната нервна система, включително мозъчната кора, лимбичната система (амигдален комплекс, хипокампус), таламуса, хипоталамуса, средния, продълговатия и гръбначния мозък. Всяка част от мозъка изпълнява свои собствени задачи. По-специално, кората, лимбичната система и таламусът осигуряват контрол върху дейността на хипоталамусните центрове и гръбначните структури, образувайки адекватно човешко поведение в различни температурни условия на околната среда (работна стойка, облекло, доброволно движение) и усещания за топлина, студ или комфорт. С помощта на мозъчната кора се осъществява ранна (ранна) терморегулация - формират се условни рефлекси. Например, човек, който ще излезе навън през зимата, увеличава производството на топлина предварително.

Терморегулацията включва симпатиковата и соматичната нервна система. Симпатиковата система регулира процесите на производство на топлина (гликогенолиза, липолиза), процеси на пренос на топлина (изпотяване, пренос на топлина посредством топлинно излъчване, топлопроводимост и конвекция - чрез промяна на тонуса на кожните съдове). Соматичната система регулира тонизиращото напрежение, доброволната и неволевата фазова активност на скелетните мускули, т.е.процесите на контрактилната термогенеза.

Хипоталамусът играе основна роля в терморегулацията. Той прави разлика между клъстери неврони, които регулират топлопреминаването (център за пренос на топлина) и производството на топлина.

За първи път съществуването на такива центрове в хипоталамуса е открито от К. Бернард. Той произвежда „топлинна инжекция“ (механично дразни хипоталамуса на животното), след което телесната температура се повишава.

Животните с разрушени ядра от преоптичната област на хипоталамуса не понасят високи температури на околната среда. Дразненето от електрически ток на тези структури води до вазодилатация на кожата, изпотяване и поява на термична диспнея. Това натрупване на ядра (главно паравентрикуларни, супраоптични, супрахиазматични) се нарича „център за пренос на топлина“.

Когато невроните на задните части на хипоталамуса са унищожени, животното не понася добре студа. Електрическата стимулация на тази област причинява повишаване на телесната температура, мускулни тремори, увеличаване на липолизата, гликогенолизата. Смята се, че тези неврони са концентрирани главно в областта на вентромедиалните и дорзомедиалните ядра на хипоталамуса. Натрупването на тези ядра се нарича "център за производство на топлина".

Разрушаването на центровете за терморегулация превръща хомеотермичния организъм в пойкилотермичен.

Според К. П. Иванов (1983, 1984) в центровете за производство на топлина и пренос на топлина има сензорни, интегриращи и еферентни неврони. Сензорните неврони възприемат информация от терморецептори, разположени в периферията, както и директно от кръвта, която къпе невроните. К. П. Иванов разделя сензорните неврони на два вида: 1) възприемане на информация от периферни терморецептори и 2) възприемане на кръвната температура. Информацията от сензорните неврони отива към интегриращите неврони, където се получава сумирането на цялата информация за състоянието на температурата на ядрото и обвивката на тялото, тоест тези неврони "изчисляват" средната телесна температура. След това информацията отива към командните неврони, при които текущата стойност на средната телесна температура се сравнява с дадено ниво. Въпросът за невроните, които определят това ниво, остава отворен. Но вероятно има такива неврони и те могат да бъдат разположени в кората, лимбичната система или, по-вероятно, в хипоталамуса. Така че, ако в резултат на сравнение се разкрие отклонение от дадено ниво, тогава се възбуждат еферентни неврони: в центъра на топлообмена това са неврони, които регулират изпотяването, тонуса на кожните съдове, обема на циркулиращата кръв , а в центъра на производството на топлина това са неврони, които регулират процеса на генериране на топлина. Все още остава неясно дали всеки център (пренос на топлина и производство на топлина) се занимава с „изчисления“ и независимо взема решения, или има някакъв друг отделен център, в който се осъществява този процес.

Центрове за пренос на топлина.Когато еферентните неврони на центъра за пренос на топлина се възбудят, тонусът на кожните съдове може да намалее. Това се дължи на ефекта на еферентните неврони на центъра за пренос на топлина ("кожни съдове") върху вазомоторния център, което от своя страна засяга дейността на гръбначно-симпатиковите неврони, които изпращат поток от импулси към гладката мускулатура на кожните съдове. В резултат на това, когато хипоталамусните неврони на „кожните съдове” се възбуждат, тонусът на кожните съдове намалява, кожният кръвен поток се увеличава и топлинният пренос се увеличава поради топлинното излъчване, топлопроводимостта и конвекцията. Увеличеният кръвен поток в кожата също допринася за повишено изпотяване (пренос на топлина чрез изпаряване). Ако промяната в кожния кръвен поток е недостатъчна за пренос на топлина, тогава невроните се възбуждат, което води до отделяне на кръв от кръвните депа и по този начин до увеличаване на обема на топлопредаване. Ако този механизъм не допринася за нормализирането на температурата, тогава се възбуждат еферентни неврони на центъра за пренос на топлина, които възбуждат симпатиковите неврони, които активират потните жлези, тези неврони на хипоталамуса могат да бъдат условно наречени „неврони, регулиращи потта”, или неврони които регулират изпотяването. Симпатиковите неврони, които активират изпотяването, са разположени в страничните колони на гръбначния мозък (Th 2 -L 2), а постганглионарните неврони са локализирани в симпатиковите ганглии. Постганглионарните влакна, преминаващи към потните жлези, са холинергични, техният медиатор е ацетилхолин, който повишава активността на потната жлеза, като взаимодейства с нейните М-холинергични рецептори (блокерът е атропин).

Центрове за производство на топлина.Еферентните неврони на центъра за производство на топлина също могат условно да бъдат разделени на няколко типа, всеки от които активира съответния механизъм за производство на топлина.

а) Някои неврони, когато се възбудят, активират симпатиковата система, в резултат на което се увеличава интензивността на енергогенериращите процеси (липолиза, гликогенолиза, гликолиза, окислително фосфорилиране). По-специално, симпатиковите нерви, благодарение на взаимодействието на техния медиатор (норепинефрин) с бета-адренергичните рецептори, активират процесите на гликогенолиза и гликолиза в черния дроб, процесите на липолиза в кафявата мазнина.

В същото време, когато се възбуди симпатиковата нервна система, се увеличава секрецията на хормони на мозъчния мозък - адреналин и норепинефрин, които увеличават производството на топлина в черния дроб, скелетните мускули, кафявите мазнини, активирайки гликогенолизата, гликолизата и липолизата.

б) В хипоталамуса има еферентни неврони, които засягат хипофизната жлеза, а чрез нея и щитовидната жлеза: увеличава се производството на йод-съдържащи хормони (Т 3 и Т 4), което, вероятно, поради отделянето на процесите на окислителното фосфорилиране, увеличават потока на първичната топлина, т. е. под тяхно влияние натрупването на енергия в АТФ намалява и по-голямата част от енергията се разсейва под формата на топлина.

в) В хипоталамусния център на топлинното производство също има популация еферентни неврони, чието възбуждане води до появата на терморегулаторен тонус (докато тонусът в скелетните мускули се увеличава, поради което приблизително 40-60% се увеличава при генериране на топлина) или фазовидни контракции на отделни мускули
влакна, които се наричат ​​„треперене“. Във всички тези случаи командата от еферентните неврони на хипоталамуса в крайна сметка се предава на алфа мотонейроните. Централният път на тремор е еферентна пътека, която минава от хипоталамуса до алфа моторните неврони през междинни образувания, по-специално през тектума (тектоспинален път) и през червеното ядро ​​(руброспинален тракт). Подробностите по този път все още са неясни.

МЕХАНИЗМИ НА ПРОИЗВОДСТВО НА ТОПЛИНА

Източникът на топлина в тялото са екзотермични реакции на окисляване на протеини, мазнини, въглехидрати, както и хидролиза на АТФ. По време на хидролизата на хранителните вещества част от освободената енергия се натрупва в АТФ, а част се разсейва под формата на топлина (първична топлина). При използване на енергията, натрупана в AGF, част от енергията се използва за извършване на полезна работа, част се разсейва под формата на топлина (вторична топлина). По този начин два потока топлина - първичен и вторичен - са топлинни продукти. При висока температура на околната среда или контакт на човек с горещо тяло, тялото може да получи част от топлината отвън (екзогенна топлина).

Ако е необходимо да се увеличи производството на топлина (например в условия на ниска околна температура), освен възможността за получаване на топлина отвън, в тялото има механизми, които увеличават производството на топлина.

Класификация на механизмите за производство на топлина:

1. Контрактивна термогенеза - производство на топлина в резултат на свиване на скелетната мускулатура:

а) доброволна дейност на опорно-двигателния апарат;

б) терморегулаторен тонус;

в) студено мускулно треперене или неволна ритмична активност на скелетните мускули.

2. Неконтрактилна термогенеза или не трепереща термогенеза (производство на топлина в резултат на активиране на гликолиза, гликогенолиза и липолиза):

а) в скелетните мускули (поради разединяване на окислителното фосфорилиране);

б) в черния дроб;

в) в кафява мазнина;

г) поради специфично-динамичното действие на храната.

Контрактилна термогенеза

С мускулната контракция се увеличава хидролизата на АТФ и следователно потокът от вторична топлина, която отива за затопляне на тялото, се увеличава. Доброволната мускулна дейност се проявява главно под въздействието на мозъчната кора. Човешкият опит показва, че движението е необходимо в нискотемпературни среди. Следователно се реализират условни рефлекторни действия, увеличава се доброволната двигателна активност. Колкото по-високо е, толкова по-голямо е производството на топлина. Възможно е да се увеличи с 3-5 пъти в сравнение със стойността на основния метаболизъм. Обикновено, с понижаване на температурата на околната среда и температурата на кръвта, първата реакция е повишаване на тона на терморегулация. За първи път е идентифициран през 1937 г. при животни и през 1952 г. при хора. Използвайки метода на електромиографията, беше показано, че с повишаване на мускулния тонус, причинено от хипотермия, се увеличава електрическата активност на мускулите. От гледна точка на механиката на свиване, херметичният тон е микровибрация. Средно, когато се появи, производството на топлина се увеличава с 20-45% от първоначалното ниво. При по-значителна хипотермия, терморегулаторният тонус се превръща в мускулни студени тремори. Тонусът на терморегулацията е по-икономичен от треперенето на мускулите. Обикновено мускулите на главата и шията участват в нейното създаване.

Тремор, или студен мускулен тремор, е неволна ритмична активност на повърхностно разположени мускули, в резултат на което производството на топлина се увеличава в сравнение с първоначалното ниво с 2-3 пъти. Обикновено първо има тремор в мускулите на главата и шията, след това - багажника и накрая - крайниците. Смята се, че ефективността на производството на топлина с трусове е 2,5 пъти по-висока, отколкото при доброволна дейност.

Сигналите от невроните в хипоталамуса преминават през „централния път на тремор“ (тектум и червено ядро) към алфа моторните неврони на гръбначния мозък, откъдето сигналите отиват към съответните мускули, причинявайки тяхната активност. Курариформните вещества (мускулни релаксанти), поради блокадата на Н-холинергичните рецептори, блокират развитието на терморегулаторен тонус и студени тръпки. Това се използва за създаване на изкуствена хипотермия и се взема предвид и при извършване на хирургични интервенции, при които се използват мускулни релаксанти.

Неконтрактилна термогенеза

Извършва се чрез увеличаване на окислителните процеси и намаляване на ефективността на конюгиране на окислителното фосфорилиране. Основното място за производство на топлина са скелетните мускули, черният дроб и кафявите мазнини. Поради този тип термогенеза, производството на топлина може да се увеличи 3 пъти.

В скелетните мускули увеличаването на несъкращаващата се термогенеза е свързано с намаляване на ефективността на окислителното фосфорилиране поради разединяването на окислението и фосфорилирането в черния дроб, главно чрез активиране на гликогенолиза и последващо окисление на глюкозата. Кафявата мазнина увеличава производството на топлина поради липолиза (под въздействието на симпатикови влияния и адреналин). Кафявата мазнина се намира в тилната област, между лопатките, в медиастинума по протежение на големите съдове, в подмишниците. В покой около 10% от топлината се генерира в кафява мазнина. С охлаждането ролята на кафявата мазнина рязко се увеличава. С адаптация към студа (сред жителите на арктическите зони), масата на кафявата мазнина и нейният принос за общото производство на топлина се увеличават.

Регулирането на процесите на неконтрактилна термогенеза се осъществява чрез активиране на симпатиковата система и производството на тиреоидни хормони (те разединяват окислителното фосфорилиране) и надбъбречната медула.

МЕХАНИЗМИ ЗА ИЗПУСКАНЕ НА ТОПЛИНА

Основната част от топлината се генерира във вътрешните органи. Следователно вътрешният поток от топлина трябва да отива към кожата, за да бъде отстранен от тялото. Топлопреносът от вътрешните органи се осъществява чрез топлопроводимост (по този начин се пренася по-малко от 50% от топлината) и конвекция, т.е.пренос на топлина и маса. Кръвта, поради високия си топлинен капацитет, е добър топлопроводник.

Вторият топлинен поток е поток, насочен от кожата в околната среда. Нарича се външен поток. Имайки предвид механизмите на топлопреминаване, обикновено се има предвид този поток.

Предаването на топлина в околната среда се извършва с помощта на 4 основни механизма:

1) изпаряване;

2) топлопроводимост;

3) топлинна радиация;

4) конвекция.

Механизми за пренос на топлина и контрол на топлината.

K - кора, Kzh - кожа, CGT - центрове на хипоталамуса, Cdc - вазомоторен център, PM - продълговати мозък, Cm - гръбначен мозък, Gf - хипофизна жлеза, TG - хормон, стимулиращ щитовидната жлеза, IVS - ендокринни жлези, GM - хормони, Ptr - храносмилателен тракт, Kc - кръвоносни съдове, L - бели дробове, a, b - аферентни импулси.

Приносът на всеки механизъм за пренос на топлина се определя от състоянието на околната среда и скоростта на производство на топлина в тялото. В условията на топлинен комфорт по-голямата част от топлината се отделя поради топлопроводимост, топлинно излъчване и конвекция и само 19-20% - чрез изпаряване. При висока температура на средата се отделя до 75-90% от топлината поради изпаряване.

Топлопроводимосте начин за отдаване на топлина на тялото, което е в пряк контакт с човешкото тяло. Колкото по-ниска е температурата на това тяло, толкова по-висок е температурният градиент, толкова по-висока е скоростта на топлинните загуби поради този механизъм. Обикновено този метод на отделяне на топлина се ограничава до облеклото и въздушното пространство, които са добри топлоизолатори, както и подкожния мастен слой. Колкото по-дебел е този слой, толкова по-малък е шансът за пренос на топлина към студеното тяло.

Топлинна радиация- пренос на топлина от кожни участъци, непокрити с дрехи. Това се случва с помощта на инфрачервено лъчение с дълги вълни, поради което този вид топлопренос се нарича още радиационен топлообмен. В условия на топлинен комфорт, благодарение на този механизъм се прехвърлят до 60% от топлината. Ефективността на топлинното излъчване зависи от температурния градиент (колкото по-висок е той, толкова повече топлина се отделя), от зоната, от която се получава лъчението, от броя на обектите в околната среда, които абсорбират инфрачервените лъчи.

Конвекция.Въздухът в контакт с кожата се нагрява и издига, мястото му се заема от „студена“ порция въздух и пр. По този начин, поради пренос на топлина и маса, до 15% от топлината се отделя под топлина комфортни условия.

Във всички тези механизми кожният кръвен поток играе важна роля: когато интензивността му се увеличава поради намаляване на тонуса на гладкомускулните клетки на артериолите и затварянето на артериовенозните шунтове, топлообменът се увеличава значително. Това се улеснява и от увеличаването на обема на циркулиращата кръв: колкото по-голяма е нейната стойност, толкова по-голяма е възможността за пренос на топлина в околната среда. При студа се случват противоположни процеси - кожният кръвен поток намалява, включително поради директния пренос на артериална кръв от артериите към вените, заобикаляйки капилярите, обемът на циркулиращата кръв намалява и поведенческата реакция се променя: човек или животно инстинктивно заема поза „топка“, тъй като в този случай площта на топлопреминаване се намалява с 35%, при животните реакцията се добавя към това - „настръхване“ - повдигане на косата на кожата (пилоерекция), което увеличава клетъчност на кожата и намалява възможността за пренос на топлина.

Ръцете представляват малка част от телесната повърхност - само 6%, но кожата им дава до 60% от топлината, използвайки механизма на сух топлообмен (топлинно излъчване, конвекция).

Изпаряване.Възвръщането на топлината се дължи на изразходването на енергия (0,58 kcal на 1 ml вода) за изпаряване на водата. Има два вида изпарение или изпотяване: неусетно и осезаемо изпотяване.

а) неусетно изпотяване е изпаряване на вода от лигавиците на дихателните пътища и вода, която се просмуква през епитела на кожата (тъканна течност). През деня през дихателните пътища обикновено се изпаряват до 400 ml вода, т.е.дават се 400x0,58 kcal = 232 kcal / ден. Ако е необходимо, тази стойност може да бъде увеличена поради така наречената термична диспнея, която се причинява от влиянието на невроните на центъра за пренос на топлина върху дихателните неврони на мозъчния ствол.

Средно около 240 ml вода се просмукват през епидермиса на ден. Следователно, поради това се дават 240 0,58 kcal = 139 kcal / ден. Тази стойност не зависи от регулаторните процеси и различни фактори на околната среда.

И двата вида неусетно изпотяване на ден ви позволяват да дадете (400 + 240) 0,58 = 371 ккал.

б) осезаемо изпотяване (отделяне на топлина чрез изпаряване на потта). Средно на ден се отделят 400-500 ml пот при комфортна температура на околната среда, поради което се отделят до 300 kcal. Въпреки това, ако е необходимо, обемът на изпотяване може да се увеличи до 12 L / ден, т.е.изпотявайки, можете да се откажете от почти 7000 kcal на ден. Потните жлези могат да произвеждат до 1,5 литра на час, а според някои източници и до 3 литра пот.

Ефективността на изпарението до голяма степен зависи от околната среда: колкото по-висока е температурата и по-ниска влажност на въздуха (насищане на въздуха с водна пара), толкова по-висока е ефективността на изпотяване като механизъм за пренос на топлина. При 100% насищане на въздуха с водни пари не е възможно изпаряване.

Потните жлези са изградени от края или тялото и потния канал, който се отваря навън по време на порите на потта. По естеството на секрецията потните жлези се делят на еккринни (мерокринни) и апокринни. Апокринните жлези са локализирани главно в подмишниците, в срамната област, както и в срамните устни, перинеума и ареолата на млечната жлеза. Апокринните жлези отделят мастна субстанция, богата на органични съединения. Обсъжда се въпросът за тяхната инервация - някои твърдят, че тя е адренергична симпатикова, други смятат, че тя липсва изобщо и производството на секрет зависи от хормоните на надбъбречната медула (адреналин и норепинефрин).

Модифицираните апокринни жлези са цилиарните жлези, разположени в клепачите близо до миглите, както и жлезите, които произвеждат ушна кал във външния слухов проход, и носните жлези (вестибуларни жлези). Апокринните жлези обаче не участват в изпаряването. Еккринните, или мерокринните, потни жлези са разположени в кожата на почти всички области на тялото. Общо са повече от 2 милиона (въпреки че има хора, които почти напълно ги липсват). Повечето от потните жлези са по дланите и ходилата (над 400 на 1 см 2) и в кожата на пубиса (около 300 на 1 см 2). Скоростта на изпотяване, както и включването на потните жлези в дейността, варира значително в различните части на тялото.

По отношение на химичния състав потта е хипотоничен разтвор: съдържа 0,3% натриев хлорид (почти 0,9% в кръвта), урея, глюкоза, аминокиселини, амоний и малки количества млечна киселина. РН на потта варира от 4.2 до 7, средно рН = 6. Специфично тегло - 1.001-1.006. Тъй като потта е хипотонична среда, при обилно изпотяване се губи повече вода, отколкото соли и в кръвта може да настъпи повишаване на осмотичното налягане. По този начин обилното изпотяване е изпълнено с промени в метаболизма на вода и сол.

Потните жлези се инервират от симпатикови холинергични влакна - в техните окончания се освобождава ацетилхолин, който взаимодейства с М-холинергичните рецептори, увеличавайки производството на пот. Преганглионарните неврони са разположени в страничните колони на гръбначния мозък на ниво Th 2 -L 2, а постганглионарните неврони са разположени в симпатиковия ствол.

Ако е необходимо да се увеличи преносът на топлина чрез изпаряване, се активират невроните на кората, лимбичната система и главно хипоталамуса. От хипоталамусните неврони сигналите отиват към невроните в гръбначния мозък и постепенно включват различни области на кожата в процеса на изпотяване: първо, лицето, челото, шията, след това багажника и крайниците.

Има различни начини за активно въздействие върху процеса на изпотяване. Например, много антипиретици или антипиретици: аспирин и други салицилати, увеличават изпотяването и по този начин понижават телесната температура (има повишен топлообмен чрез изпаряване). Съцветията от липа, малини, листа от подбел също имат потогонно действие.

МЕТАБОЛИЗЪМ

Метаболизмът е процес на метаболизъм на веществата, които постъпват в организма, в резултат на което от тези вещества могат да се образуват по-сложни или обратно по-прости вещества.

Човешкото тяло, подобно на организмите на други представители на животинския и растителен свят, е отворена термодинамична система. Поток от свободна енергия постоянно се влива в него. В същото време той дава на околната среда енергия, предимно обезценена (свързана). Благодарение на тези два потока ентропията на живия организъм (степента на разстройство, хаос, деградация) остава на постоянно (минимално) ниво. Когато по някаква причина потокът на свободната енергия (негентропия) намалява (или образуването на свързана енергия се увеличава), тогава общата ентропия на организма се увеличава, което може да доведе до неговата термодинамична смърт.

Според термодинамиката на живите системи животът е борба с ентропията, борба между подреждането на системата и деградацията. Според добре познатото уравнение на Пригожин, минималното увеличение на ентропията се получава, ако скоростта на негентропния поток е равна на скоростта на ентропийния поток в средата.

Свободната енергия за тялото може да дойде само от храната. Той се натрупва в сложни химически връзки на протеини, мазнини и въглехидрати. За да се освободи тази енергия, хранителните вещества първо се хидролизират и след това се окисляват при анаеробни или аеробни условия.

В процеса на хидролиза, която се извършва в стомашно-чревния тракт, се освобождава незначителна част от свободната енергия (по-малко от 0,5%). Не може да се използва за биоенергийни нужди, тъй като не се натрупва от макроерги като АТФ. Той се преобразува само в топлинна енергия (първична топлина), която се използва от организма за поддържане на температурната хомеостаза.

Вторият етап на освобождаване на енергия е процесът на анаеробно окисление. По-специално, този метод освобождава около 5% от цялата свободна енергия от глюкоза по време на окислението до млечна киселина. Тази енергия обаче се натрупва от макроерга АТФ и се използва за извършване на полезна работа, например за мускулна контракция, за работата на натриево-калиевата помпа, но в крайна сметка тя също се превръща в топлина, която се нарича вторична топлина.

3-ти етап - основният етап на освобождаване на енергия - до 94,5% от цялата енергия, която може да се отдели в тялото. Този процес се осъществява в цикъла на Кребс: той окислява пировиноградната киселина (продукт на окислението на глюкозата) и ацетил коензим А (продукт на окисляване на аминокиселини и мастни киселини). В процеса на аеробно окисляване се отделя свободна енергия в резултат на отделянето на водорода и прехвърлянето на неговите електрони и протони по веригата на дихателните ензими към кислорода. В този случай освобождаването на енергия не се извършва наведнъж, а постепенно, следователно, по-голямата част от тази свободна енергия (приблизително 52-55%) може да се натрупа в енергията на макроерг (АТФ). Останалото се губи като първична топлина в резултат на „несъвършенството“ на биологичното окисляване. След като използва свободната енергия, съхранявана в АТФ, за извършване на полезна работа, тя се превръща във вторична топлина.

По този начин цялата свободна енергия, която се отделя по време на окисляването на хранителните вещества, в крайна сметка се превръща в топлинна енергия. Следователно измерването на количеството топлинна енергия, което тялото излъчва, е метод за определяне на енергийните разходи на тялото.

В резултат на окисляването глюкозата, аминокиселините и мастните киселини в организма се превръщат във въглероден диоксид и вода.

Енергийният метаболизъм на животинския организъм (брутен метаболизъм) се състои от основния метаболизъм и работещо допълнение към основния метаболизъм. Първоначалната стойност на нивото на метаболитните процеси е основната скорост на метаболизма. Посочените стандартни условия за определяне на базалната скорост на метаболизма характеризират онези фактори, които могат да повлияят на интензивността на метаболитните процеси при хората. Например, скоростта на метаболизма е подложена на ежедневни колебания, които се увеличават сутрин и намаляват през нощта. Интензивността на метаболизма също се увеличава с физическа и умствена работа. Консумацията на хранителни вещества и по-нататъшното им храносмилане имат значителен ефект върху нивото на метаболизма, особено ако хранителните вещества са от протеинов характер. Това явление се нарича специфично динамично действие на храната. Увеличението на скоростта на метаболизма след консумация на протеинова храна може да продължи 12-18 часа. И накрая, ако температурата на околната среда спадне под температурата на комфорт, тогава интензивността на метаболитните процеси се увеличава. Преместванията към охлаждане водят до по-голямо увеличаване на метаболизма, отколкото съответните промени към по-високи температури.

Дори при пълно и стриктно спазване на стандартните условия, основният метаболизъм при здрави хора може да варира. Тази променливост се обяснява с разликите във възрастта, пола, ръста, телесното тегло. Като правило стойността от 4,2 kJ / kg h се приема като приблизителна стойност на стандартната (основна) скорост на метаболизма; за човек с тегло 70 kg, съответната базална скорост на метаболизма е приблизително 7100 kJ / ден (1700 kcal / ден).

ХРАНА

Храненето е процес на усвояване от организма на вещества, необходими за изграждане и обновяване на телесните му тъкани, както и за покриване на енергийните разходи.

Като цяло еволюцията на хранителните нужди на животинските организми включва процеса на ограничаване на собствения им синтез на редица съединения с едновременно разширяване на консумацията на определени видове органични съединения. Това доведе до изолиране на цяла група вещества, незаменими за висшите животни и хората, тоест необходими за метаболизма, но не синтезирани самостоятелно.

Използването на хранителни продукти, състоящи се предимно от сложни съединения от растителен или животински произход, за енергийните или пластмасови нужди на организма е възможно само след хидролиза на тези средства и превръщане в относително прости съединения, лишени от видова специфичност. Хранителните нужди на различните видове животни са различни в зависимост от това кои хранителни вещества тялото може да синтезира и кои трябва да идват отвън. И все пак основните разлики в хранителните нужди се дължат на начина, по който храната се усвоява (хидролизира). Това се дължи на факта, че при висшите животински организми междинните метаболитни процеси протичат по подобен начин.

В метаболизма (метаболизма) и енергията се различават два процеса: анаболизъм и катаболизъм. Анаболизмът се разбира като съвкупност от процеси, насочени към изграждане на структури на тялото, главно чрез синтеза на сложни органични вещества; при катаболизъм - съвкупност от процеси на разлагане на сложни органични съединения и използване на получените относително прости вещества в процесите на енергиен обмен. Анаболизмът и катаболизмът се основават на процесите на асимилация и дисимилация, които са взаимосвързани в тялото и са балансирани в нормалното тяло.

Като цяло нуждите на животните са съвсем еднородни: те се нуждаят от хранителни вещества, близки по структура за енергиен обмен; в вещества като аминокиселини, пурини и някои липиди за изграждане на сложни протеинови молекули и клетъчни структури; в специални катализатори на метаболизма и стабилизатори на клетъчните мембрани; в неорганични йони и съединения за физикохимични процеси в тялото и накрая, в универсален биологичен разтворител - вода - за създаване на среда за клетъчен метаболизъм.

В крайна сметка съставът на храната на високо организираните организми включва органични вещества, преобладаващото мнозинство от които са свързани с протеини, липиди и въглехидрати. Продуктите от тяхната хидролиза - аминокиселини, мастни киселини, глицерин и монозахариди - се изразходват за енергийно снабдяване на тялото. В процесите на енергиен метаболизъм аминокиселините, мастните киселини и монозахарта са взаимосвързани чрез общи пътища на тяхната трансформация. Следователно, като енергийни носители, хранителните вещества могат да бъдат взаимозаменяеми в съответствие с енергийната стойност (изодинамично правило).

Енергийната (калорична) стойност на храната се изчислява от количеството топлинна енергия, отделено при изгарянето на 1 g хранително вещество (физиологична топлина на горене), което традиционно се изразява в килокалории или чрез SI - в джаули (1 kcal = 4.187 kJ). Изчисленията показват, че енергийната стойност на мазнините (38,9 kJ / g; 9,3 kcal / g) е два пъти по-висока от тази на протеините и въглехидратите (17,2 kJ / g; 4,1 kcal / g). Протеините и въглехидратите имат еднаква енергийна стойност и могат да бъдат заменени 1: 1 в тегловно съотношение.

За да се поддържа стационарно състояние на тялото, общите енергийни разходи трябва да бъдат покрити от приема на хранителни вещества, които носят еквивалентен запас от енергия в своите химически връзки. Ако количеството входяща храна за покриване на енергийните разходи не е достатъчно, тогава енергийните разходи се компенсират от вътрешни резерви, главно мазнини. Ако масата на постъпващата храна по отношение на енергийните източници надвишава енергийната консумация, тогава протича процесът на съхранение на мазнини, независимо от състава на храната.

Винаги обаче трябва да се помни, че тези три източника на енергия са и пластмасовият материал на животинския организъм. Следователно продължителното изключване на един от трите хранителни вещества от диетата и заместването с енергийно еквивалентно количество на друго вещество е неприемливо.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Животът е свързан с непрекъснат разход на енергия, който е необходим за функционирането на тялото. От гледна точка на термодинамиката живите организми принадлежат към отворени системи, тъй като за своето съществуване те постоянно обменят вещества и енергия с външната среда. Енергийният източник на живите организми са химическите трансформации на органични вещества, идващи от околната среда. Преобразуването на тези вещества от сложни в прости и води до освобождаване на енергия, съдържаща се в химическите връзки. Извличането на енергия от химични връзки се извършва главно с консумацията на молекулярен кислород (аеробен метаболизъм); окисляването в редица вериги се предшества от аноксично разцепване (анаеробна обмяна).

Основният акумулатор на енергия за използване в клетъчните процеси е аденозин трифосфат (АТФ). С помощта на АТФ енергия е възможно да се синтезират протеини, да се разделят клетките, да се поддържа техният осмотичен градиент, мускулна контракция и др. Според първия закон на термодинамиката, химическата енергия на АТФ, преминавайки през междинни етапи, в крайна сметка се превръща в топлина , който се губи от тялото. Следователно интензивността на енергийния обмен на тялото е сбор от енергийните разходи за функцията на клетъчните системи, натрупаната енергия и нейните загуби под формата на топлина.

Животът на организма зависи от хода на химичните реакции с превръщането на всички видове енергия в топлина. Скоростта на химичните реакции и следователно енергийният обмен зависи от температурата на тъканите. Топлината като окончателното преобразуване на енергията може да се премести от област с по-висока температура към област с по-ниска. Температурата на тъканите се определя от съотношението на скоростта на метаболитно производство на топлина на техните клетъчни структури и скоростта на разсейване на получената топлина в околната среда. Следователно топлообменът между тялото и външната среда е съществено условие за съществуването на животински организми. За да поддържат нормална (оптимална) телесна температура, животинските организми имат система за регулиране на топлообмена с околната среда.

Животинските организми се подразделят на пойкилотермични и хомеотермични. Пойкилотермичните (стоящи в долните стъпала на филогенетичната стълба) имат несъвършени, но все още доста ефективни механизми на терморегулация. Тези механизми включват химическа система за температурна компенсация, която позволява поддържане на стабилен енергиен обмен със значителни промени в телесната температура, терморегулация чрез поведение (избор на оптимална температура на околната среда) и температурен хистерезис (способността за по-бързо улавяне на топлината от външната среда) отколкото се губи).

Хомеотермията е по-късно придобиване на еволюцията на животинския свят. Птиците и бозайниците са класифицирани като наистина хомеотермични животни, тъй като тези животни са в състояние да поддържат постоянна телесна температура в рамките на 2 ° C и относително широки колебания в температурата на външната среда.

Хомеотермията се основава на по-високо ниво на енергиен обмен, отколкото при пойкилотермичните животни, поради повишената роля на тиреоидните хормони, които стимулират работата на клетъчната натриева помпа. Високият енергиен обмен е довел до формирането на перфектни механизми за регулиране на топлинната енергия в тялото.

Редица животни принадлежат към групата на хетеротермалните организми: при някои условия те са пойкилотермни организми, при други те са хомеотермични.

За да поддържат постоянна телесна температура, хомеотермичните животни имат химическа и физическа терморегулация. Физическата терморегулация се извършва чрез промяна на топлопроводимостта на покривните тъкани на тялото (промени в кръвния поток на кожата, пилоерекция, изпаряване на влагата от повърхността на тялото или устната кухина).

Химическата терморегулация се осъществява чрез увеличаване на производството на топлина в тялото. Има два основни източника на химическа терморегулация (регулирано производство на топлина): контрактилна термогенеза поради доброволна активност на опорно-двигателния апарат, терморегулаторен тонус и мускулни тремори и неконтрактилна термогенеза поради кафява мастна тъкан, специфично-динамично действие на храната и др. .

Топлообменът се контролира от активността на терморецепторите, информацията от които се изпраща до центъра на терморегулацията на хипоталамуса, който контролира реакциите на химическата и физическата терморегулация.

Продължителното излагане на високи или ниски температури на околната среда води до значителни промени в свойствата на тялото, повишавайки неговата устойчивост на действието на съответните температурни фактори.

Изграждането и обновяването на телесните тъкани, както и покриването на енергийните разходи на тялото, трябва да бъдат осигурени с адекватно хранене. В метаболизма и енергията се разграничават два процеса: анаболизъм и катаболизъм. Анаболизмът се разбира като съвкупност от процеси, насочени към изграждане на структурите на тялото, главно чрез синтеза на сложни органични вещества. Катаболизмът е набор от процеси за разграждане на сложни органични вещества с цел освобождаване на енергия. Анаболизмът и катаболизмът се основават на процесите на асимилация и дисимилация, които са взаимосвързани и балансирани.

Хранителните нужди на животните са доста хомогенни: необходимите вещества за енергийния метаболизъм (протеини, мазнини, въглехидрати), вещества за изграждане на сложни протеинови молекули и клетъчни структури (аминокиселини, пурини, липиди, въглехидрати), специални метаболитни катализатори (витамини) и стабилизатори на клетъчните мембрани (антиоксиданти), неорганични йони и универсален биологичен разтворител - вода.

Енергийната стойност на храната се определя от количеството топлинна енергия, отделено при изгарянето на 1 g хранително вещество (физиологична топлина на горене).

Рационалното хранене се разбира като хранене, което е достатъчно в количествено и качествено отношение. Основата на балансираното хранене е балансът, тоест оптималното съотношение на консумираната храна. Балансираната диета трябва да включва протеини, мазнини и въглехидрати в масово съотношение, приблизително 1: 1: 4. В качествено отношение храната трябва да е пълноценна, т.е. да съдържа протеини (включително незаменими аминокиселини), незаменими мастни киселини (така нареченият витамин F), витамини, повечето от които са част от каталитичните системи и голяма група витаминоподобни вещества, неорганични елементи и вода ...

БИБЛИОГРАФИЯ

1) McMurey V. Метаболизъм при хора. М., 1980.

2) Нортън А., Едхолм О. Човек в студени условия. М., 1957.

3) Общ курс по физиология на човека и животните / под редакцията на А. Д. Ноздрачев. М., 1991. 2.

4) Основи на физиологията / изд. П. Стерки. М., 1984.

5) Слоним А. Д. Еволюция на терморегулацията. Л., 1986.

6) Физиология на терморегулацията: Наръчник по физиология / изд. От К. П. Иванова. Л., 1984.

7) Физиология на човека / изд. Н. А. Агаджанян, В. И. Циркин. СПб., 1998.

8) Физиология на човека / изд. R. Schmidt, G. Tevs. М., 1986. Т. 4.

При топлокръвните животни и хората (така наречените хомеотермични организми), за разлика от хладнокръвните (или пойкилотермични) организми, постоянната телесна температура е предпоставка за съществуване, един от основните параметри на хомеостазата (или постоянството) на вътрешната околната среда на тялото.

Физиологичните механизми, осигуряващи термична хомеостаза на организма (неговото „ядро“), се подразделят на две функционални групи: механизми на химическа и физическа терморегулация. Химичната терморегулация е регулирането на производството на топлина в тялото. Топлината постоянно се генерира в тялото по време на окислително-възстановителните реакции на метаболизма. В същото време част от него се дава на външната среда, колкото повече, толкова по-голяма е разликата между температурата на тялото и околната среда. Следователно поддържането на стабилна телесна температура с понижаване на температурата на околната среда изисква съответно увеличаване на метаболитните процеси и съпътстващото генериране на топлина, което компенсира топлинните загуби и води до запазване на цялостния топлинен баланс на тялото и поддържане на постоянство на вътрешната температура. Процесът на рефлекторно повишаване на производството на топлина в отговор на понижаване на температурата на околната среда се нарича химическа терморегулация. Освобождаването на енергия под формата на топлина придружава функционалното натоварване на всички органи и тъкани и е характерно за всички живи организми. Специфичността на човешкото тяло се крие във факта, че промяната в производството на топлина като реакция на променяща се температура представлява в тях специална реакция на тялото, която не засяга нивото на функциониране на основните физиологични системи.

Производството на специфична терморегулаторна топлина е концентрирано главно в скелетните мускули и е свързано със специални форми на мускулно функциониране, които не засягат пряката им двигателна активност. Увеличение на генерирането на топлина по време на охлаждане може да възникне и в мускул в покой, както и когато съкратителната функция е изкуствено изключена от действието на специфични отрови.

Един от най-често срещаните механизми на специфично терморегулиращо производство на топлина в мускулите е така нареченият терморегулаторен тонус. Изразява се чрез микроконтракции на фибрили, записани като увеличаване на електрическата активност на външно неподвижен мускул, когато той се охлади. Терморегулаторният тонус увеличава консумацията на кислород в мускула, понякога с повече от 150%. При по-силно охлаждане, заедно с рязкото повишаване на тона на терморегулация, се включват видими мускулни контракции под формата на студена тръпка. В този случай обменът на газ се увеличава до 300 - 400%. Характерно е, че мускулите са неравномерни по отношение на дела на участие в терморегулаторното генериране на топлина.

При продължително излагане на студ, съкратителният тип термогенеза може да бъде заменен (или допълнен) до една или друга степен чрез превключване на тъканното дишане в мускула на така наречения свободен (нефосфорилиращ) път, при който фазата на образуване и последващото разпадане на АТФ отпада. Този механизъм не е свързан с мускулна контрактилна активност. Общата маса на топлината, отделена по време на свободно дишане, е практически същата като при термогенезата на дрождите, но по-голямата част от топлинната енергия се изразходва незабавно и окислителните процеси не могат да бъдат възпрепятствани от липсата на ADP или неорганичен фосфат.

Последното обстоятелство прави възможно свободното поддържане на високо ниво на топлинна енергия за дълго време.

Промените в интензивността на метаболизма, причинени от влиянието на околната температура върху човешкото тяло, са естествени. При определен диапазон от външни температури производството на топлина, съответстващо на обмена на покойния организъм, се компенсира напълно от неговия „нормален“ (без активно усилване) топлообмен. Топлообменът между тялото и околната среда е балансиран. Този температурен диапазон се нарича термонеутрална зона. Обменният курс в тази зона е минимален. Те често говорят за критична точка, което означава специфична температурна стойност, при която се постига топлинен баланс с околната среда. Теоретично това е вярно, но практически е невъзможно експериментално да се установи такава точка поради постоянни нередовни колебания в метаболизма и нестабилност на топлоизолационните свойства на покритията.

Намаляването на температурата на околната среда извън термонеутралната зона предизвиква рефлекторно повишаване нивото на метаболизма и производството на топлина, докато топлинният баланс на тялото се балансира при нови условия. Поради това телесната температура остава непроменена.

Повишаването на температурата на околната среда извън термонеутралната зона също води до повишаване на нивото на метаболизма, което се дължи на задействането на механизми за активиране на преноса на топлина, които изискват допълнителна консумация на енергия за тяхната работа. Това образува зона на физическа терморегулация, през която температурата също остава стабилна. При достигане на определен праг, механизмите за засилване на преноса на топлина се оказват неефективни, започва прегряване и в крайна сметка смъртта на организма.

Още през 1902 г. Рубнър предлага да се разграничат два вида от тези механизми - „химическа“ и „физическа“ терморегулация. Първият е свързан с промяна в производството на топлина в тъканите (стресът от химичните метаболитни реакции), вторият се характеризира с пренос на топлина и преразпределение на топлината. Наред с циркулацията на кръвта, изпотяването играе важна роля за физическата терморегулация, така че кожата има специална функция за пренос на топлина - тук нагрятата кръв в мускулите или в "сърцевината" се охлажда, тук се реализират механизмите на изпотяване и изпотяване .

b В "нормата" топлопроводимостта може да бъде пренебрегната, тъй като топлопроводимостта на въздуха е ниска. Топлопроводимостта на водата е 20 пъти по-висока; следователно преносът на топлина чрез проводимост играе съществена роля и се превръща в значим фактор на хипотермия в случай на мокри дрехи, влажни чорапи и др.

b По-ефективен топлообмен чрез конвекция (т.е. движещи се частици газ или течност, смесване на нагретите им слоеве с охладени). Във въздуха, дори при условия на покой, конвекционният топлообмен представлява до 30% от топлинните загуби. Ролята на конвекцията във вятъра или по време на човешкото движение се увеличава още повече.

b Предаването на топлина чрез излъчване от нагрято тяло към студено се извършва съгласно закона на Стефан-Болцман и е пропорционално на разликата в четвъртите градуси на температурата на кожата (дрехите) и повърхността на околните предмети . По този начин, в условията на „комфорт“, гол човек дава до 45% от топлинната енергия, но за топло облечен човек радиационните топлинни загуби не играят особена роля.

b Изпаряването на влагата от кожата и повърхността на белите дробове също е ефективен начин за пренос на топлина (до 25%) в условия на "комфорт". В условия на високи температури на околната среда и интензивна мускулна активност, преносът на топлина чрез изпаряване на потта играе доминираща роля - с 1 грам пот се отнася 0,6 kcal енергия. Не е трудно да се изчисли общият обем топлина, загубена с потта, ако вземем предвид, че при условия на интензивна мускулна дейност човек може да даде до 10 - 12 литра течност за осем часов работен ден. В студа загубата на топлина с пот при добре облечен човек е малка, но дори и тук е необходимо да се вземе предвид топлообмена, дължащ се на дишането. В този процес се комбинират два механизма за пренос на топлина наведнъж - конвекция и изпаряване. Загубата на топлина и течности при дишане е доста значителна, особено при интензивна мускулна дейност в условия на ниска атмосферна влажност.

Съществен фактор, влияещ върху процесите на терморегулация, са вазомоторните (вазомоторни) реакции на кожата. При най-изразеното стесняване на съдовото легло загубата на топлина може да намалее със 70%, с максимално разширение - да се увеличи с 90%.

Видови разлики в химическата терморегулация се изразяват в разликата в нивото на основния (в зоната на термонеутралността) метаболизъм, положението и ширината на термонеутралната зона, интензивността на химическата терморегулация (увеличаване на метаболизма с намаляване на температурата на средата с 1 "С), както и в обхвата на ефективно действие на терморегулацията. Всички тези параметри отразяват екологичната специфичност на отделните видове и се променят адаптивно в зависимост от географското местоположение на региона, сезона на годината, надморската височина и редица други фактори на околната среда.

Регулаторните реакции, насочени към поддържане на постоянна телесна температура по време на прегряване, са представени от различни механизми за засилване на преноса на топлина към външната среда. Сред тях преносът на топлина е широко разпространен и високоефективен чрез засилване на изпарението на влагата от повърхността на тялото и / или горните дихателни пътища. Когато влагата се изпари, топлината се консумира, което може да помогне за поддържане на топлинния баланс. Реакцията се включва, когато има признаци за започване на прегряване на тялото.

Така че адаптивните промени в топлообмена в човешкото тяло могат да бъдат насочени не само към поддържане на високо ниво на метаболизъм, както при повечето хора, но и към определяне на ниско ниво при условия, които застрашават изчерпването на енергийните резерви.

ТерморегулацияЕ процес, който осигурява способността на тялото да поддържа телесната температура на определено ниво, независимо от околната температура.

Центърът за терморегулация може да се възбужда както хуморално (от температурата на кръвта, протичаща през него), така и рефлекторно (когато се дразни от топлина или студени кожни рецептори). Възбуждането на терморегулаторния център активира всички терморегулаторни механизми: интензивността на окислителните процеси, тонуса на скелетните мускули, вазомоторните реакции, секрецията на потните жлези, дихателните движения. Интензивността на окислителните процеси може да се промени или чрез автономната нервна система, или чрез промяна на секрецията на тиреоидни хормони и надбъбречната медула. Промени в мускулната работа, вазодилатация или вазоконстрикция, секреция на пот, промени в дихателните движения настъпват рефлекторно през вазомоторните, дихателните и изпотяващите центрове.

Кортекс

Центърът на терморегулацията от своя страна е под контрола на мозъчната кора. Ако животното е изложено на прегряване в определена среда и в него се появят съответните регулаторни реакции, тогава след известно време средата сама (без прегряване) ще му причини същите реакции като прегряването. По този начин тук възниква условна рефлекторна реакция с участието на мозъчната кора.

Температурните граници на живота са много широки. Спорите на много бактерии могат да издържат на нагряване до 150 °, а някои от тях не губят своята жизнеспособност при температури, близки до абсолютната нула. От друга страна, някои реснички живеят в горещите извори на Иския (Италия) при температура около 85 ° C. Тук все още остава недостатъчно проучено. Рибите, насекомите и дори бозайниците могат да бъдат замразени и след това внимателно размразени. Например, шаранът е бил замразен до 15 ° под нулата и отново, постепенно изгнивайки, се е върнал към живот, но замразяването с поне една степен под 15 вече е фатално за животното. Известно е също така, че когато сперматозоидите са замразени до температура, близка до минус 200 °, и те се съхраняват дълго време при тази температура, значителна част от тях запазват нормалната жизнеспособност и оплождаща сила.

На тази страница материал по теми:

Телесната температура на хората и висшите животни се поддържа на относително постоянно ниво, въпреки колебанията в температурата на околната среда. Това постоянство на телесната температура се нарича изотермия.

Изотермията е характерна само за т.нар хомеотермален,или топлокръвни, животни и отсъства в пойкилотермичен,или хладнокръвни, животни, чиято телесна температура е променлива и се различава малко от околната температура.

Изотермията се развива постепенно по време на онтогенезата. При новороденото бебе способността за поддържане на постоянна телесна температура далеч не е съвършена. В резултат на това може да настъпи охлаждане. (хипотермия)или прегряване (хипертермия)тялото при околна температура, която не засяга възрастен. По същия начин дори работата на малки мускули, като плач на детето за дълго време, може да доведе до повишаване на телесната му температура. Тялото на недоносените бебета е още по-малко способно да поддържа постоянна телесна температура, която при тях до голяма степен зависи от температурата на околната среда.

Генерирането на топлина възниква в резултат на непрекъснато протичащи екзотермични реакции. Тези реакции протичат във всички органи и тъкани, но с различна интензивност. В тъканите и органите, които извършват активна работа - в мускулната тъкан, черния дроб, бъбреците - се отделя повече топлина, отколкото в по-малко активните - съединителната тъкан, костите, хрущялите.

Загубата на топлина от органи и тъкани зависи до голяма степен от тяхното местоположение: повърхностно разположени органи, като кожа, скелетни мускули, отделят повече топлина и охлаждат повече от вътрешните органи, които са по-защитени от охлаждане.

Телесната температура на здравия човек е 36,5-36,9 ° C. Почивката и сънят намаляват, а мускулната активност повишава телесната температура. Максималната температура се наблюдава в 16-18 часа вечер, минималната - в 3-4 часа сутринта. За работниците, които работят дълги нощни смени, колебанията на температурата могат да бъдат обърнати.

Постоянството на телесната температура при човек може да се поддържа само при условие на равнопоставеност на генерирането на топлина и топлинните загуби на целия организъм. Това се постига чрез физиологичните механизми на терморегулацията. се проявява в резултат на взаимодействието на процесите на генериране на топлина и пренос на топлина, регулирани от невроендокринните механизми. Терморегулацията обикновено се разделя на химическа и физическа.

Химическа терморегулацияизвършва се чрез промяна на нивото на топлинно производство, т.е. засилване или отслабване на интензивността на метаболизма в клетките на тялото и е важно за поддържане на постоянна телесна температура както при нормални условия, така и при промяна на околната температура.

Най-интензивното генериране на топлина в тялото се случва в мускулите. Дори човек да лежи неподвижно, но мускулите му са напрегнати, интензивността на окислителните процеси и в същото време генериране на топлина се увеличава с 10%. Леката физическа активност води до увеличаване на производството на топлина с 50-80%, а тежката мускулна работа - с 400-500%.

В студени условия генерирането на топлина в мускулите се увеличава, дори ако човекът е неподвижен. Това се дължи на факта, че охлаждането на телесната повърхност, въздействайки върху рецепторите, които възприемат дразненето на студа, рефлекторно възбужда случайни неволни мускулни контракции, проявяващи се под формата на треперене (студени тръпки). В същото време метаболитните процеси в организма се засилват значително, увеличава се консумацията на кислород и въглехидрати от мускулната тъкан, което води до увеличаване на производството на топлина. Дори произволно симулиране на разклащане увеличава генерирането на топлина с 200%. Ако в тялото се въведат мускулни релаксанти - вещества, които нарушават предаването на нервните импулси от нерв към мускула и по този начин премахват рефлекторните мускулни тремори, дори при повишаване на околната температура, намаляването на телесната температура настъпва много по-бързо.

Черният дроб и бъбреците също играят съществена роля в химическата терморегулация. Температурата на кръвта в чернодробната вена е по-висока от температурата на кръвта на чернодробната артерия, което показва интензивно генериране на топлина в този орган. Когато тялото се охлади, производството на топлина в черния дроб се увеличава.

Освобождаването на енергия в организма се дължи на окислителното разграждане на протеини, мазнини и въглехидрати; следователно всички механизми, които регулират окислителните процеси, също регулират производството на топлина.

Физическа терморегулацияизвършва се чрез промени в отделянето на топлина от тялото. Той придобива особено значение за поддържане на постоянството на телесната температура по време на престоя на тялото в условия на повишена околна температура.

Топлопредаването се извършва от топлинна радиация (радиационен топлообмен),или конвекция,тези. движение и движение на въздух, нагрят от топлина, топлопроводимост,тези. - пренос на топлина към вещества, които са в пряк контакт с повърхността на тялото, и изпаряване на водатаот повърхността на кожата и белите дробове.

При човек при нормални условия загубата на топлина от топлопроводимостта е малка, тъй като въздухът и дрехите са лоши проводници на топлина. Излъчването, изпарението и конвекцията протичат с различна интензивност в зависимост от околната температура. При човек в покой при температура на въздуха около 20 ° C и общ топлообмен от 419 kJ (100 kcal) на час, 66% се губят с помощта на радиация, поради изпаряване на водата - 19%, конвекция - 15 % от общите топлинни загуби от тялото ... Когато температурата на околната среда се повиши до 35 ° C, преносът на топлина посредством радиация и конвекция става невъзможен и телесната температура се поддържа на постоянно ниво единствено чрез изпаряване на водата от повърхността на кожата и алвеолите на белите дробове.

Облеклото намалява преноса на топлина. Загубата на топлина се предотвратява от слоя неподвижен въздух, който е между дрехите и кожата, тъй като въздухът е лош проводник на топлина. Топлоизолационните свойства на облеклото са колкото по-високи, толкова по-фина е клетъчността на неговата структура, която съдържа въздух. Това обяснява добрите топлоизолационни свойства на вълненото и кожено облекло. Температурата на въздуха под дрехите е 30 ° C. Напротив, голото тяло губи топлина, тъй като въздухът на повърхността му постоянно се променя. Следователно температурата на кожата на откритите части на тялото е много по-ниска от тази на облечените части.

При студа кръвоносните съдове на кожата, главно артериолите, се стесняват: повече кръв навлиза в съдовете на коремната кухина и по този начин топлообменът е ограничен. Повърхностните слоеве на кожата, получаващи по-малко топла кръв, отделят по-малко топлина - топлообменът е намален. При силно охлаждане на кожата освен това се отварят артериовенозните анастомози, което намалява количеството кръв, постъпващо в капилярите, и по този начин предотвратява преноса на топлина.

Преразпределението на кръвта, което се случва в студа - намаляване на количеството кръв, циркулиращо през повърхностните съдове, и увеличаване на количеството кръв, преминаващо през съдовете на вътрешните органи - допринася за запазването на топлината във вътрешните органи .

Когато температурата на околната среда се повиши, съдовете на кожата се разширяват, количеството на циркулиращата в тях кръв. Обемът на циркулиращата кръв в тялото също се увеличава поради прехвърлянето на вода от тъканите в кръвоносните съдове, а също и защото далакът и други кръвохранилища хвърлят допълнителни количества кръв в общия кръвен поток. Увеличаването на количеството кръв, циркулиращо през съдовете на телесната повърхност, насърчава преноса на топлина с помощта на радиация и конвекция.

За поддържане на постоянна телесна температура при висока околна температура, изпарението на потта от повърхността на кожата, което зависи от относителната влажност на въздуха, е от първостепенно значение. Във въздух, наситен с водна пара, водата не може да се изпари. Следователно при висока атмосферна влажност по-трудно се понасят високите температури, отколкото при ниска влажност. Във въздух, наситен с водни пари (например в баня), потта се отделя в големи количества, но не се изпарява и изтича от кожата. Такова изпотяване не допринася за отделянето на топлина: за преноса на топлина е важна само тази част от потта, която се изпарява от повърхността на кожата (тази част от потта се нарича ефективно изпотяване).

Дрехите, непроницаеми за въздух (гума и др.), Които предотвратяват изпарението на потта, се понасят зле: слоят въздух между дрехите и тялото бързо се насища с пари и по-нататъшното изпаряване на потта спира.

Човек не понася относително ниска околна температура (32 ° C) във влажен въздух. При напълно сух въздух човек може да остане без забележимо прегряване 2-3 часа при температура 50-55 ° C.

Тъй като част от водата се изпарява от белите дробове под формата на пари, насищайки издишания въздух, дишането също участва в поддържането на телесната температура на постоянно ниво. При високи температури на околната среда дихателният център се възбужда рефлекторно, при ниски температури се задържа, дишането става по-малко дълбоко.

По този начин постоянството на телесната температура се поддържа чрез съвместно действие, от една страна, на механизми, които регулират интензивността на метаболизма и генерирането на топлина, което зависи от него (химическо регулиране на топлината), и от друга страна, механизми, които регулиране на преноса на топлина (физическо регулиране на топлината) (Фигура 9.10) ...

Фиг. 9.10.

Изотермично регулиране.Регулаторните реакции, които поддържат постоянна телесна температура, са сложни рефлекторни действия, които възникват в отговор на температурното дразнене на рецепторите на кожата, кожата и подкожните съдове, както и на самата централна нервна система. Тези рецептори, които усещат студа и топлината, се наричат ​​терморецептори. При относително постоянна околна температура се получават ритмични импулси от рецепторите в централната нервна система, отразяващи тяхната тонизираща активност. Честотата на тези импулси е максимална за студените рецептори на кожата и кожните съдове при температура 20-30 ° C, а за кожните топлинни рецептори - при температура 38-43 ° C. При рязко охлаждане на кожата честотата на импулсите в студените рецептори се увеличава и при бързо затопляне тя намалява или спира. Термичните рецептори реагират на едни и същи температурни спадове по точно обратния начин. Рецепторите за топлина и студ на централната нервна система реагират на промени в температурата на кръвта, която тече към нервните центрове (централни терморецептори). По-голямата част от топлината се генерира от скелетни мускули и вътрешни органи, които образуват ядрото, а кожата създава обвивка, целяща да съхранява или отвежда топлината от тялото (Фигура 9.11).

Фиг. 9.11.

Хипоталамусът съдържа основното центрове за терморегулация,които координират многобройни и сложни процеси, които осигуряват поддържането на телесната температура на постоянно ниво. Това се доказва от факта, че разрушаването на хипоталамуса води до загуба на способността да регулира телесната температура и прави животното пойкилотермично, докато отстраняването на мозъчната кора, стриатума и зрителните хълмове не оказва значително влияние върху процесите на генериране на топлина и топлообмен.

Хипоталамусната регулация на телесната температура включва жлезите с вътрешна секреция, главно щитовидната жлеза и надбъбречните жлези.

Участието на щитовидната жлеза в терморегулацията се доказва от факта, че въвеждането в кръвта на животно на кръвния серум на друго животно, което дълго време е било на студа, води до увеличаване на метаболизма при първото. Този ефект се наблюдава само когато щитовидната жлеза е запазена при второто животно. Очевидно по време на престой в условия на охлаждане се получава повишено отделяне на тиреоиден хормон в кръвта, което увеличава метаболизма и съответно образуването на топлина.

Участието на надбъбречните жлези в терморегулацията се дължи на отделянето на адреналин в кръвния поток, което, засилвайки окислителните процеси в тъканите, по-специално в мускулите, увеличава генерирането на топлина и стеснява кожните съдове, намалявайки преноса на топлина. Следователно, адреналинът може да причини повишаване на телесната температура ( адреналинова хипертермия).

Хипотермия и хипертермия.Ако човек е за дълго време в условия на значително повишена или намалена околна температура, тогава механизмите на физическа и химическа терморегулация на топлината, поради което при нормални условия постоянството на телесната температура може да бъде недостатъчно: хипотермия на тялото настъпва - хипотермия или прегряване - хипертермия.

Хипотермия -състояние, при което телесната температура пада под 35 ° C. Хипотермията настъпва най-бързо, когато е потопена в студена вода. В този случай първоначално се наблюдава възбуждане на симпатиковата нервна система, преносът на топлина е рефлекторно ограничен и производството на топлина се засилва. Последното се улеснява от мускулна контракция - мускулни треперения. След известно време телесната температура все още започва да намалява. В този случай се наблюдава състояние, подобно на анестезия: изчезване на чувствителността, отслабване на рефлекторните реакции, намаляване на възбудимостта на нервните центрове. Интензивността на метаболизма рязко намалява, дишането се забавя, сърдечните контракции намаляват, сърдечният обем намалява, кръвното налягане намалява (при телесна температура 24-25 ° C може да бъде 15-20% от първоначалната).

През последните години изкуствено създадена хипотермия с охлаждане на тялото до 24-28 ° C се използва в хирургични клиники, извършващи операции на сърцето и централната нервна система. Смисълът на тази мярка е, че хипотермията значително намалява метаболизма на мозъка и съответно необходимостта от този орган от кислород. В резултат на това става възможно по-продължително обезкървяване на мозъка (вместо 3-5 минути при нормална температура до 15-20 минути при 25-28 ° C), което означава, че при хипотермия пациентите могат по-лесно да понасят временно изключване на сърдечната дейност и спирането на дишането.

Криотерапията се използва и при някои други заболявания.

Хипертермия -състояние, при което телесната температура се повишава над 37 ° C. Това се случва при продължително излагане на високи температури на околната среда, особено във влажен въздух и, следователно, малко ефективно изпотяване. Хипертермия може да възникне и под въздействието на някои ендогенни фактори, които засилват производството на топлина в тялото (тироксин, мастни киселини и др.). Острата хипертермия, при която телесната температура достига 40-41 ° C, е придружена от тежко общо състояние на тялото и се нарича топлинен удар.

Такава промяна в температурата трябва да се разграничава от хипертермия, когато външните условия не се променят, но самият процес на терморегулация е нарушен. Пример за такова разстройство е инфекциозната треска. Една от причините за появата му е високата чувствителност на хипоталамусните центрове за регулиране на топлообмена към някои химични съединения, по-специално към бактериални токсини.

По този начин балансът на факторите, отговорни за производството на топлина и преноса на топлина, е основният механизъм на терморегулация.

Въпроси и задачи

• 1. Каква е ролята на протеините в организма? Каква е същността на регулирането на протеиновия метаболизъм?
• 2. Каква е ролята на въглехидратите в организма? Каква е същността на регулирането на въглехидратния метаболизъм?
• 3. Каква е ролята на мазнините в организма? Каква е същността на регулирането на метаболизма на мазнините?
• 4. Какво е значението на витамините в човешкия живот?
• 5. Значението на физическата и химическата терморегулация в организма. Обяснете отговора.
• 6. През последните години изкуствено създадена хипотермия с охлаждане на тялото до 24-28 ° C се използва на практика в хирургични клиники, извършващи операции на сърцето и централната нервна система. Какво е значението на това събитие?