Mechanismy termoregulace člověka. Termoregulační mechanismy. Mechanismus termoregulace lidského těla Jaké jsou hlavní mechanismy termoregulace lidského těla Schéma termoregulace člověka

A. Lidský život může probíhat pouze v úzkém teplotním rozmezí.

Teplota má významný vliv na průběh životních pochodů v lidském těle a na jeho fyziologickou aktivitu. Životní procesy jsou omezeny úzkým teplotním rozsahem vnitřního prostředí, ve kterém mohou nastat hlavní enzymatické reakce. Pro člověka je snížení tělesné teploty pod 25 ° C a zvýšení nad 43 ° C obvykle smrtelné. Nervové buňky jsou obzvláště citlivé na změny teploty.

Teplo způsobuje intenzivní pocení, které vede k dehydrataci těla, ztrátě minerálních solí a ve vodě rozpustných vitamínů. Důsledkem těchto procesů je zahuštění krve, zhoršený metabolismus solí, sekrece žaludku a rozvoj nedostatku vitamínů. Přípustná ztráta hmotnosti odpařováním je 2–3%. Při 6% úbytku hmotnosti odpařováním je narušena mentální aktivita a při 15-20% úbytku hmotnosti dochází k úmrtí. Systematické působení vysoké teploty způsobuje změny v kardiovaskulárním systému: zvýšení srdeční frekvence, změny krevního tlaku, oslabení funkční kapacity srdce. Dlouhodobé vystavení vysokým teplotám vede k akumulaci tepla v těle, přičemž tělesná teplota může stoupnout až na 38–41 ° C a může dojít k úpalu se ztrátou vědomí.

Nízké teploty mohou být příčinami ochlazení a podchlazení těla. S ochlazováním v těle se přenos tepla reflexně snižuje a produkce tepla se zvyšuje. Ke snížení přenosu tepla dochází v důsledku křečí (zúžení) cév, zvýšení tepelného odporu tělesných tkání. Dlouhodobé vystavení nízkým teplotám vede k přetrvávajícímu cévnímu spasmu, podvýživě tkání. Zvýšení produkce tepla během chlazení je dosaženo snahou o oxidační metabolické procesy v těle (pokles tělesné teploty o 1 ° C je doprovázen zvýšením metabolických procesů o 10 ° C). Vystavení nízkým teplotám je doprovázeno zvýšením krevního tlaku, inspiračního objemu a snížením dechové frekvence. Ochlazení těla mění metabolismus uhlohydrátů. Velké ochlazení je doprovázeno snížením tělesné teploty, potlačením funkcí orgánů a tělesných systémů.

B. Jádro a vnější skořápka těla.

Z hlediska termoregulace lze lidské tělo reprezentovat jako skládající se ze dvou složek - vnější skořápka a vnitřní jádra.

Jádro je část těla, která má konstantní teplotu (vnitřní orgány), a skořápka- část těla, ve které je teplotní gradient (jedná se o tkáně povrchové vrstvy těla o tloušťce 2,5 cm). Výměna tepla mezi jádrem a prostředím probíhá skrz plášť, to znamená, že změny tepelné vodivosti pláště určují stálost teploty jádra. Tepelná vodivost se mění v důsledku změn prokrvení a plnění krve membránovými tkáněmi.

Teplota různých částí jádra je odlišná. Například v játrech: 37,8-38,0 ° C, v mozku: 36,9-37,8 ° C. Obecně je základní teplota lidského těla 37,0 ° C Toho je dosaženo procesy endogenní termoregulace, jejichž výsledkem je stabilní rovnováha mezi množstvím tepla produkovaného v těle za jednotku času ( tepelné výrobky) a množství tepla rozptýleného tělem za stejnou dobu do prostředí ( přenos tepla).

Teplota lidské kůže v různých oblastech se pohybuje od 24,4 ° С do 34,4 ° С. Nejnižší teplota je pozorována na prstech, nejvyšší v podpaží. Právě na základě měření teploty v podpaží se obvykle posuzuje tělesná teplota v daném čase.

Podle zprůměrovaných údajů je průměrná teplota pokožky nahé osoby při příjemné teplotě vzduchu 33-34 ° C. Denní výkyvy tělesné teploty. Amplituda vibrací může dosáhnout 1 ° С. Tělesná teplota je minimální v dopoledních hodinách (3-4 hodiny) a maximální ve dne (16-18 hodin).

Známý je také fenomén teplotní asymetrie. Je pozorován asi v 54% případů a teplota v levém podpaží je o něco vyšší než v pravém. Asymetrie je možná i v jiných oblastech kůže a závažnost asymetrie nad 0,5 ° C naznačuje patologii.

B. Přenos tepla. Rovnováha generování tepla a přenosu tepla v lidském těle.

Procesy lidského života jsou doprovázeny nepřetržitým vytvářením tepla v jeho těle a uvolňováním generovaného tepla do okolního prostředí. Výměna tepelné energie mezi tělem a prostředím se nazývá p výměna tepla. Produkce tepla a přenos tepla jsou dány činností centrálního nervového systému, který reguluje metabolismus, krevní oběh, pocení a aktivitu kosterních svalů.

Lidské tělo je samoregulační systém s vnitřním zdrojem tepla, ve kterém se za normálních podmínek produkce tepla (množství generovaného tepla) rovná množství tepla danému vnějšímu prostředí (přenos tepla). Nazývá se stálost tělesné teploty izotermický... Zajišťuje nezávislost metabolických procesů v tkáních a orgánech na kolísání okolní teploty.

Vnitřní teplota lidského těla je konstantní (36,5-37 ° C) díky regulaci intenzity produkce tepla a přenosu tepla v závislosti na teplotě vnějšího prostředí. A teplota lidské kůže pod vlivem vnějších podmínek se může pohybovat v relativně širokém rozmezí.

V lidském těle se za 1 hodinu vytvoří tolik tepla, kolik je potřeba k vaření 1 litru ledové vody. A kdyby bylo tělo pouzdro nepropustné pro teplo, pak by se za hodinu tělesná teplota zvýšila asi o 1,5 ° C a za 40 hodin by dosáhla bodu varu vody. Při těžké fyzické práci se tvorba tepla několikrát zvyšuje. A přesto se naše tělesná teplota nemění. Proč? Jde o vyvážení procesů vzniku a uvolňování tepla v těle.

Hlavním faktorem určujícím úroveň tepelné bilance je teplota okolí. Když se odchýlí od pohodlné zóny v těle, nastolí nová úroveň tepelné rovnováhy, která poskytuje izotermu v nových podmínkách prostředí. Tuto stálost tělesné teploty zajišťuje mechanismus termoregulace, včetně procesu generování tepla a procesu uvolňování tepla, které jsou regulovány neuro-endokrinní cestou.

D. Pojem termoregulace těla.

Termoregulace- Jedná se o soubor fyziologických procesů zaměřených na udržování relativní stálosti teploty jádra těla za podmínek změn teploty prostředí prostřednictvím regulace produkce tepla a přenosu tepla. Termoregulace je zaměřena na prevenci poruch tepelné rovnováhy těla nebo na její obnovu, pokud již k takovým poruchám došlo, a je prováděna neuro-humorálním způsobem.

Obecně se uznává, že termoregulace je charakteristická pouze pro homeotermální zvířata (mezi ně patří savci (včetně lidí) a ptáky), jejichž tělo má schopnost udržovat teplotu vnitřních oblastí těla na relativně konstantní a dostatečně vysoké úrovni (asi 37-38 ° C u savců a 40-42 ° C u ptáků) bez ohledu na změny teploty okolí.

Mechanismus termoregulace může být reprezentován jako kybernetický samosprávný systém se zpětnou vazbou. Kolísání teploty v okolním vzduchu působí na speciální formace receptorů ( termoreceptory), citlivé na změny teploty. Termoreceptory přenášejí informace o tepelném stavu orgánu do termoregulačních center, naopak termoregulační centra prostřednictvím nervových vláken, hormonů a dalších biologicky aktivních látek mění úroveň přenosu tepla a produkce tepla buď z částí těla (lokální termoregulace) nebo celého těla. Když jsou centra termoregulace vypnuta speciálními chemikáliemi, tělo ztrácí schopnost udržovat konstantní teplotu. V posledních letech se tato funkce využívá v medicíně k umělému ochlazování těla při složitých chirurgických operacích srdce.

Kožní termoreceptory.

Odhaduje se, že lidé mají přibližně 150 000 studených receptorů a 16 000 tepelných receptorů, které reagují na změny teploty vnitřních orgánů. Termoreceptory se nacházejí v kůži, vnitřnostech, dýchacích cestách, kosterním svalu a centrálním nervovém systému.

Termoreceptory pokožky se rychle přizpůsobují a nereagují ani tak na teplotu samotnou, jako na její změny. Maximální počet receptorů je umístěn v oblasti hlavy a krku, minimální - na končetinách.

Studené receptory jsou méně citlivé a jejich práh citlivosti je 0,012 ° C (po ochlazení). Prah citlivosti tepelných receptorů je vyšší a činí 0,007 ° C. Je to pravděpodobně způsobeno větším nebezpečím přehřátí těla.

D. Druhy termoregulace.

Termoregulaci lze rozdělit na dva hlavní typy:

1. Fyzická termoregulace:

Odpařování (pocení);

Radiace (záření);

Proudění.

2. Chemická termoregulace.

Kontraktilní termogeneze;

Nekontraktilní termogeneze.

Fyzická termoregulace(proces, který odvádí teplo z těla) - zajišťuje zachování stálosti tělesné teploty v důsledku změn v uvolňování tepla tělem vedením přes kůži (vedení a proudění), zářením (zářením) a odpařováním vody . Návrat neustále generovaného tepla v těle je regulován změnami tepelné vodivosti kůže, podkožní tukové vrstvy a epidermis. Přenos tepla je do značné míry regulován dynamikou krevního oběhu v teplovodivých a tepelně izolačních tkáních. S nárůstem teploty okolí začíná v přenosu tepla dominovat odpařování.

Vedení, konvekce a záření jsou pasivní cesty přenosu tepla založené na fyzikálních zákonech. Jsou účinné pouze při udržování kladného teplotního gradientu. Čím menší je teplotní rozdíl mezi tělem a prostředím, tím méně tepla se vydává. Se stejnými indikátory nebo při vysoké okolní teplotě jsou zmíněné cesty nejen neúčinné, ale zároveň se tělo také zahřívá. Za těchto podmínek je v těle spuštěn pouze jeden mechanismus uvolňování tepla - pocení.

Při nízkých okolních teplotách (15 ° C a nižších) dochází přibližně k 90% denního přenosu tepla v důsledku vedení tepla a tepelného záření. Za těchto podmínek nedochází k žádnému viditelnému pocení. Při teplotě vzduchu 18-22 ° C se přenos tepla v důsledku tepelné vodivosti a tepelného záření snižuje, ale ztráta tepla tělem se zvyšuje odpařováním vlhkosti z povrchu kůže. Když okolní teplota stoupne na 35 ° C, přestane být přenos tepla pomocí záření a konvekce nemožný a tělesná teplota se udržuje na konstantní úrovni pouze odpařováním vody z povrchu kůže a plicních sklípků. Při vysoké vlhkosti vzduchu, kdy je odpařování vody obtížné, může dojít k přehřátí těla a může dojít k úžehu.

U člověka v klidu při teplotě vzduchu asi 20 ° C a celkovém přenosu tepla 419 kJ (100 kcal) za hodinu se 66% ztratí pomocí záření, odpařování vody - 19%, konvekce - 15% celkové tepelné ztráty tělem.

Chemická termoregulace(proces, který zajišťuje tvorbu tepla v těle) - je realizován prostřednictvím metabolismu a prostřednictvím tepelné produkce tkání, jako jsou svaly, stejně jako játra, hnědý tuk, tj. změnou úrovně produkce tepla - zvýšením nebo oslabením intenzity metabolismu v buňkách těla. Při oxidaci organické hmoty se uvolňuje energie. Část energie jde na syntézu ATP (adenosintrifosfát je nukleotid, který hraje mimořádně důležitou roli v metabolismu energie a látek v těle). Tuto potenciální energii může tělo využít při své další činnosti. Všechny tkáně jsou zdrojem tepla v těle. Krev protéká tkáněmi a zahřívá se. Zvýšení teploty okolí způsobuje reflexní pokles metabolismu, v důsledku čehož se snižuje tvorba tepla v těle. S poklesem teploty okolí se reflexně zvyšuje intenzita metabolických procesů a zvyšuje se tvorba tepla.

Aktivace chemické termoregulace nastává, když fyzická termoregulace není dostatečná k udržení konstantní tělesné teploty.

Uvažujme o těchto typech termoregulace.

Fyzická termoregulace:

Pod fyzická termoregulace porozumět souhrnu fyziologických procesů vedoucích ke změně úrovně přenosu tepla. Existují následující způsoby přenosu tepla z těla do prostředí:

Odpařování (pocení);

Radiace (záření);

Vedení tepla (vedení);

Proudění.

Zvažme je podrobněji:

1. Odpařování (pocení):

Odpařování (pocení) je uvolňování tepelné energie do prostředí v důsledku odpařování potu nebo vlhkosti z povrchu kůže a sliznic dýchacích cest. U lidí je pot neustále vylučován potními žlázami kůže („hmatné“ nebo žlázové, ztráta vody), sliznice dýchacích cest jsou zvlhčovány („nepostřehnutelná“ ztráta vody). Přitom „hmatatelná“ ztráta vody tělem má na celkové množství tepla vydávaného odpařováním výraznější vliv než „nepostřehnutelný“.

Při teplotě okolí asi 20 ° C je odpařování vlhkosti asi 36 g / h. Protože člověk vynaloží 0,58 kcal tepelné energie na odpaření 1 g vody, lze snadno spočítat, že prostřednictvím odpařování tělo dospělého za těchto podmínek uvolní asi 20% veškerého rozptýleného tepla do prostředí. Zvýšení vnější teploty, výkon fyzické práce, prodloužený pobyt v tepelně izolačním oděvu zvyšuje pocení a může se zvýšit až na 500–2 000 g / h.

Člověk netoleruje relativně nízkou okolní teplotu (32 ° C) ve vlhkém vzduchu. Na zcela suchém vzduchu může člověk zůstat bez znatelného přehřátí po dobu 2-3 hodin při teplotě 50-55 ° C. Špatně se snáší také oblečení nepropustné pro vzduch (gumové, husté atd.), Které brání odpařování potu: vrstva vzduchu mezi oblečením a tělem se rychle nasytí výpary a další odpařování potu se zastaví.

Proces přenosu tepla pomocí odpařování, přestože je to jen jedna z metod termoregulace, má jednu výjimečnou výhodu - pokud vnější teplota překročí průměrnou teplotu pokožky, pak tělo nemůže vydávat teplo vnějšímu prostředí jinými metodami termoregulace (záření, konvekce a vedení), které si probereme níže. Za těchto podmínek začne tělo absorbovat teplo zvenčí a jediným způsobem, jak teplo odvádět, je zvýšit odpařování vlhkosti z povrchu těla. Takové odpařování je možné, pokud vlhkost okolního vzduchu zůstane pod 100%. S intenzivním pocením, vysokou vlhkostí a nízkou rychlostí pohybu vzduchu, kdy kapky potu, které nemají čas se odpařit, sloučit a vypustit z povrchu těla, přestanou být přenos tepla odpařováním méně účinný.

Když se pot vypaří, naše tělo se vzdá své energie. Ve skutečnosti díky energii našeho těla kapalné molekuly (tj. Pot) rozbíjí molekulární vazby a přecházejí z kapalného do plynného stavu. Energie se vynakládá na lámání vazeb a v důsledku toho klesá tělesná teplota. Lednička funguje stejně. Dokáže udržet teplotu uvnitř komory mnohem nižší než okolní teplota. Dělá to díky spotřebované elektřině. A děláme to pomocí energie získané z rozkladu potravin.

Ovládání výběru oblečení může pomoci snížit tepelné ztráty odpařováním. Oblečení by mělo být vybíráno na základě povětrnostních podmínek a aktuální aktivity. Nebuďte líní svléknout přebytečné oblečení, když zátěž roste. Budete se méně potit. A nebuďte líní si ji znovu nasadit, když se zátěž zastaví. Odstraňte ochranu proti vlhkosti a větru, pokud nefouká vítr a déšť, jinak vám oblečení zvlhne zevnitř od potu. A při kontaktu s mokrým oblečením také ztrácíme teplo tepelnou vodivostí. Voda vede teplo 25krát lépe než vzduch. To znamená, že v mokrém oblečení ztrácíme teplo 25krát rychleji. Proto je důležité udržovat oblečení suché.

Odpařování je rozděleno do 2 typů:

A) Nepostřehnutelný pot(bez účasti potních žláz) je odpařování vody z povrchu plic, sliznic dýchacího ústrojí a vody prosakující epitelem kůže (k odpařování z povrchu kůže dochází, i když je kůže suchá ).

Denně se odpaří až 400 ml vody, tj. tělo ztrácí až 232 kcal za den. V případě potřeby lze tuto hodnotu zvýšit kvůli tepelné dušnosti. V průměru epidermis prosakuje asi 240 ml vody denně. Proto tímto způsobem tělo ztrácí až 139 kcal za den. Tato hodnota zpravidla nezávisí na regulačních procesech a různých faktorech životního prostředí.

b) Vnímané pocení(za aktivní účasti potních žláz) - je to uvolňování tepla odpařováním potu. V průměru se denně uvolní 400-500 ml potu při příjemné teplotě prostředí, proto se vydá až 300 kcal energie. Odpařením 1 litru potu u osoby o hmotnosti 75 kg lze snížit tělesnou teplotu o 10 ° C. V případě potřeby se však objem pocení může zvýšit na 12 litrů denně, tj. pocením můžete ztratit až 7 000 kcal denně.

Účinnost odpařování do značné míry závisí na prostředí: čím vyšší je teplota a čím nižší je vlhkost, tím vyšší je účinnost potu jako mechanismu přenosu tepla. Odpařování není možné při 100% vlhkosti. Při vysoké atmosférické vlhkosti jsou vysoké teploty snáze snášet než při nízké vlhkosti. Na vzduchu nasyceném vodní párou (například v lázni) se pot uvolňuje ve velkém množství, ale neodpařuje se a stéká z kůže. Tento pot nepřispívá k uvolňování tepla: pro přenos tepla je důležitá pouze ta část potu, která se odpařuje z povrchu kůže (tato část potu je účinné pocení).

2. Záření (záření):

Radiace (záření) je metoda přenosu tepla do prostředí povrchem lidského těla ve formě elektromagnetických vln v infračerveném rozsahu (a = 5-20 mikronů). Díky záření všechny objekty, jejichž teplota je nad absolutní nulou, vydávají energii. Elektromagnetické záření volně prochází vakuem, atmosférický vzduch lze pro něj také považovat za „průhledný“.

Jak víte, jakýkoli předmět, který je zahříván nad teplotu okolí, vyzařuje teplo. Všichni to cítili, jak sedí u ohně. Táborák vyzařuje teplo a ohřívá předměty kolem sebe. V tomto případě oheň ztrácí teplo.

Lidské tělo začne sálat teplo, jakmile okolní teplota klesne pod teplotu povrchu kůže. Abyste zabránili tepelným ztrátám sáláním, musíte chránit exponované oblasti těla. To se provádí oblečením. V oblečení tedy mezi pokožkou a prostředím vytvoříme vrstvu vzduchu. Teplota této vrstvy se bude rovnat tělesné teplotě a ztráta tepla sáláním se sníží. Proč se tepelné ztráty vůbec nezastaví? Protože nyní vyhřívané oblečení bude sálat teplo a ztrácet ho. A i když si obléknete ještě jednu vrstvu oblečení, záření nezastavíte.

Množství tepla rozptýleného tělem do prostředí zářením je úměrné povrchové ploše záření (plocha povrchu těla nezakrytá oděvem) a rozdílu v průměrných teplotách kůže a životní prostředí. Při teplotě okolí 20 ° C a relativní vlhkosti 40-60% se tělo dospělého rozptýlí zářením asi 40-50% celkového uvolněného tepla. Pokud okolní teplota překročí průměrnou teplotu pokožky, lidské tělo absorbující infračervené paprsky vyzařované okolními předměty se zahřeje.

Přenos tepla sáláním se zvyšuje s klesající teplotou okolí a klesá s rostoucí teplotou. V podmínkách konstantní teploty okolí se záření z povrchu těla zvyšuje se zvyšující se teplotou pokožky a klesá s klesající teplotou kůže. Pokud jsou průměrné teploty povrchu kůže a prostředí vyrovnány (teplotní rozdíl se rovná nule), pak není uvolňování tepla sáláním možné.

Je možné snížit přenos tepla tělem zářením zmenšením povrchové plochy záření - změna polohy těla... Například když je pes nebo kočka studený, stočí se do klubíčka, čímž zmenší povrch přenášející teplo; když je horko, zvířata naopak zaujmou polohu, ve které je plocha pro přenos tepla maximalizována. Osoba není zbavena této metody fyzické termoregulace, „stočená do klubíčka“, když spí v chladné místnosti.

3. Vedení tepla (vedení):

Vedení tepla (vedení)- Jedná se o způsob přenosu tepla, který probíhá při kontaktu, kontaktu lidského těla s jinými fyzickými těly. Množství tepla uvolněného tělem do prostředí touto metodou je úměrné rozdílu v průměrných teplotách kontaktních těles, ploše kontaktních ploch, době tepelného kontaktu a tepelné vodivosti kontaktování. tělo.

Ke ztrátě tepla tepelnou vodivostí dochází při přímém kontaktu se studeným předmětem. V tuto chvíli naše tělo vydává své teplo. Rychlost tepelných ztrát je velmi závislá na tepelné vodivosti předmětu, se kterým přicházíme do styku. Například tepelná vodivost kamene je 10krát vyšší než tepelná vodivost dřeva. Když tedy sedíme na kameni, ztratíme teplo mnohem rychleji. Určitě jste si všimli, že sedět na kameni je nějak chladnější než sedět na kládě.

Řešení? Izolujte své tělo od studených předmětů pomocí špatných tepelných vodičů. Zjednodušeně řečeno, například pokud cestujete po horách, při usazování se zastavte na turistickém koberci nebo na roli oblečení. Na noc si pod spacák určitě umístěte cestovní podložku, která odpovídá počasí. Nebo jako poslední možnost silná vrstva suché trávy nebo jehličí. Země dobře vede (a proto „odebírá“) teplo a v noci se hodně ochlazuje. V zimě nemanipulujte s kovovými předměty holýma rukama. Použijte rukavice. Při silných mrazech lze místní omrzliny získat z kovových předmětů.

Suchý vzduch, tuková tkáň se vyznačují nízkou tepelnou vodivostí a jsou tepelnými izolátory (špatné tepelné vodiče). Oblečení snižuje přenos tepla. Tepelným ztrátám brání vrstva nehybného vzduchu, která je mezi oblečením a pokožkou. Tepelně izolační vlastnosti oděvu jsou tím vyšší, čím jemnější je buněčnost jeho struktury, která obsahuje vzduch. To vysvětluje dobré tepelně izolační vlastnosti vlněného a kožešinového oděvu, které umožňují lidskému tělu omezit odvod tepla tepelným vedením. Teplota vzduchu pod oblečením dosahuje 30 ° C. Naopak nahé tělo ztrácí teplo, protože vzduch na jeho povrchu se neustále mění. Teplota kůže exponovaných částí těla je proto mnohem nižší než u oděvných částí.

Vlhký vzduch nasycený vodní párou se vyznačuje vysokou tepelnou vodivostí. Pobyt člověka v prostředí s vysokou vlhkostí při nízké teplotě je proto doprovázen zvýšenými tepelnými ztrátami v těle. Mokré oblečení také ztrácí své tepelně izolační vlastnosti.

4. Konvekce:

Proudění- Jedná se o způsob přenosu tepla z těla, který se provádí přenosem tepla pohybujícími se částicemi vzduchu (vody). Pro odvod tepla konvekcí je zapotřebí proudění vzduchu kolem povrchu těla s teplotou nižší, než je teplota kůže. Současně se vrstva vzduchu v kontaktu s pokožkou zahřívá, snižuje její hustotu, stoupá a je nahrazována chladnějším a hutnějším vzduchem. Za podmínek, kdy je teplota vzduchu 20 ° C a relativní vlhkost 40–60%, tělo dospělého odvádí asi 25–30% tepla do prostředí vedením tepla a konvekcí (základní proudění). S nárůstem rychlosti pohybu proudů vzduchu (vítr, větrání) se výrazně zvyšuje také intenzita přenosu tepla (nucené proudění).

Podstata procesu konvekce je následující- naše tělo ohřívá vzduch v blízkosti kůže; ohřátý vzduch se stává lehčím než studený vzduch a stoupá vzhůru, a je nahrazen studeným vzduchem, který se znovu zahřívá, stává se lehčím a je vytlačen další částí studeného vzduchu. Pokud není ohřátý vzduch zachycen pomocí oblečení, bude tento proces nekonečný. Ve skutečnosti nás neohřívá naše oblečení, ale vzduch, který zadržuje.

Když fouká vítr, situace se zhoršuje. Vítr nese obrovské části nevyhřívaného vzduchu. I když máme na sobě teplý svetr, vítr nestojí nic, aby z něj vyhnal teplý vzduch. Totéž se stane, když se pohneme. Naše tělo „narazí“ do vzduchu a ono kolem nás proudí jako vítr. Tím se také znásobí tepelné ztráty.

Jaké řešení? Noste větrovku: větrovku a větruodolné kalhoty. Nezapomeňte na ochranu krku a hlavy. Vzhledem k aktivnímu krevnímu oběhu v mozku jsou krk a hlava nejteplejšími částmi těla, takže tepelné ztráty z nich jsou velmi velké. Také v chladném počasí je nutné vyvarovat se vyfouknutých míst jak za jízdy, tak při výběru místa na spaní.

Chemická termoregulace:

Chemická termoregulace tvorba tepla se provádí v důsledku změny úrovně metabolismu (oxidační procesy) způsobené mikrovibrací svalů (vibrace), což vede ke změně tvorby tepla v těle.

Zdrojem tepla v těle jsou exotermické reakce oxidace bílkovin, tuků, sacharidů a také hydrolýza ATP (adenosintrifosfát je nukleotid, který hraje mimořádně důležitou roli v metabolismu energie a látek v těle; první z vše je tato sloučenina známá jako univerzální zdroj energie pro všechny biochemické procesy probíhající v živých systémech). Při rozkladu živin se část uvolněné energie akumuluje v ATP, část se odvádí ve formě tepla (primární teplo je 65–70% energie). Při použití vysokoenergetických vazeb molekul ATP je část energie vynaložena na užitečnou práci a část je rozptýlena (sekundární teplo). Dva proudy tepla - primární a sekundární - jsou tedy tepelné produkty.

Chemická termoregulace je nezbytná pro udržení konstantní tělesné teploty jak za normálních podmínek, tak při změně teploty okolí. U lidí je zaznamenáno zvýšení tvorby tepla v důsledku zvýšení rychlosti metabolismu, zejména když je okolní teplota nižší než optimální teplota nebo komfortní zóna. Pro osobu v běžném lehkém oblečení je tato zóna v rozmezí 18-20 ° С a pro nahou osobu se rovná 28 ° С.

Optimální teplota ve vodě je vyšší než ve vzduchu. To je způsobeno skutečností, že voda, která má vysokou tepelnou kapacitu a tepelnou vodivost, ochlazuje tělo 14krát více než vzduch, proto se v chladné lázni metabolismus zvyšuje výrazně více než při vystavení vzduchu při stejné teplotě.

Nejintenzivnější tvorba tepla v těle probíhá ve svalech. I když člověk leží nehybně, ale s napnutými svaly, intenzita oxidačních procesů a zároveň tvorba tepla se zvyšuje o 10%. Mírná fyzická aktivita vede ke zvýšení produkce tepla o 50-80%a těžká svalová práce-o 400-500%.

Játra a ledviny také hrají významnou roli v chemické termoregulaci. Teplota krve jaterní žíly je vyšší než teplota krve jaterní tepny, což naznačuje intenzivní tvorbu tepla v tomto orgánu. Když se tělo ochladí, zvyšuje se produkce tepla v játrech.

Pokud je nutné zvýšit produkci tepla, využívá tělo kromě možnosti získávat teplo zvenčí i mechanismy, které produkci tepelné energie zvyšují. Mezi takové mechanismy patří kontraktilní a nekontraktilní termogeneze.

1. Kontraktilní termogeneze.

Tento typ termoregulace funguje, když je nám zima a potřebujeme zvýšit tělesnou teplotu. Tato metoda spočívá v svalová kontrakce... Se svalovou kontrakcí se zvyšuje hydrolýza ATP, a proto se zvyšuje tok sekundárního tepla používaného k ohřevu těla.

K dobrovolné činnosti svalového aparátu dochází hlavně pod vlivem mozkové kůry. Současně je možné zvýšení produkce tepla o 3–5krát ve srovnání s hodnotou bazálního metabolismu.

Obvykle, když teplota prostředí a teplota krve klesne, první reakce je zvýšení termoregulačního tónu(ochlupení na těle „stojí na koni“, objevuje se „husí kůže“). Z hlediska mechaniky kontrakce je tento tón mikrovibrace a umožňuje zvýšení produkce tepla o 25-40% z počáteční úrovně. Na tvorbě tónu se obvykle podílejí svaly krku, hlavy, trupu a končetin.

S výraznějším podchlazením se termoregulační tón změní na speciální typ svalové kontrakce - svalová zimnice ve kterých svaly nevykonávají užitečnou práci a jejich kontrakce je zaměřena výhradně na vytváření tepla. studená třes je nedobrovolná rytmická aktivita povrchově umístěných svalů, v důsledku čehož se výrazně zlepšují metabolické procesy těla, spotřeba kyslíku a sacharidy ve svalové tkáni se zvyšují, což s sebou nese zvýšenou tvorbu tepla. Chvění často začíná ve svalech krku a obličeje. To je způsobeno skutečností, že v první řadě by se měla zvýšit teplota krve proudící do mozku. Předpokládá se, že produkce tepla během studeného třesu je 2–3krát vyšší než při dobrovolné svalové aktivitě.

Popsaný mechanismus funguje na reflexní úrovni, bez účasti našeho vědomí. Ale můžete také zvýšit tělesnou teplotu pomocí vědomá motorická aktivita... Při provádění fyzické aktivity s různým výkonem se produkce tepla zvyšuje 5–15krát ve srovnání s úrovní odpočinku. Během prvních 15-30 minut dlouhodobého provozu teplota jádra stoupá poměrně rychle na relativně stacionární úroveň a poté zůstává na této úrovni nebo nadále pomalu stoupá.

2. Nekontraktilní termogeneze:

Tento typ termoregulace může vést ke zvýšení i snížení tělesné teploty. Provádí se zrychlením nebo zpomalením katabolických metabolických procesů (oxidace mastných kyselin). A to zase povede ke snížení nebo zvýšení výroby tepla. Díky tomuto typu termogeneze se úroveň produkce tepla u lidí může zvýšit 3krát ve srovnání s úrovní bazálního metabolismu.

Regulace procesů nekontraktilní termogeneze se provádí aktivací sympatického nervového systému, produkcí hormonů štítné žlázy a dřeně nadledvin.

E. Řízení termoregulace.

Hypotalamus.

Termoregulační systém se skládá z řady prvků se vzájemně propojenými funkcemi. Informace o teplotě pochází z termoreceptorů a cestují do mozku pomocí nervového systému.

Hlavní roli v termoregulaci hraje hypotalamus... Jsou v něm umístěna hlavní centra termoregulace, která koordinují četné a složité procesy zajišťující udržování tělesné teploty na konstantní úrovni.

Hypotalamus- Jedná se o malou oblast v diencephalonu, která zahrnuje velký počet skupin buněk (přes 30 jader), které regulují neuroendokrinní aktivitu mozku a homeostázu (schopnost udržovat stálost jejího vnitřního stavu) v těle. Hypotalamus je nervovými drahami spojen s téměř všemi částmi centrálního nervového systému, včetně kůry mozkové, hippocampu, amygdaly, mozečku, mozkového kmene a míchy. Spolu s hypofýzou tvoří hypotalamus hypotalamo-hypofyzární systém, ve kterém hypotalamus řídí uvolňování hypofyzárních hormonů a je ústředním článkem mezi nervovým a endokrinním systémem. Vylučuje hormony a neuropeptidy a reguluje funkce, jako je hlad a žízeň, termoregulace těla, sexuální chování, spánek a bdění (cirkadiánní rytmy). Nedávné studie ukazují, že hypotalamus také hraje důležitou roli v regulaci vyšších funkcí, jako je paměť a emoční stav, a podílí se tak na formování různých aspektů chování.

Zničení center hypotalamu nebo narušení nervových spojení vede ke ztrátě schopnosti regulovat tělesnou teplotu.

Přední hypotalamus obsahuje neurony, které řídí přenos tepla.(zajišťují fyzickou termoregulaci - vazokonstrikce, pocení). Když jsou zničeny neurony předního hypotalamu, tělo netoleruje vysoké teploty, ale fyziologická aktivita zůstává v chladných podmínkách.

Neurony zadního hypotalamu řídí procesy výroby tepla(zajišťují chemickou termoregulaci - zvýšená produkce tepla, svalové chvění) Při jejich poškození je narušena schopnost posílit výměnu energie, takže tělo špatně snáší chlad.

Termosenzitivní nervové buňky preoptické oblasti hypotalamu přímo „měří“ teplotu arteriální krve protékající mozkem a jsou vysoce citlivé na změny teploty (jsou schopny rozlišit rozdíl v teplotě krve 0,011 ° C). Poměr neuronů citlivých na chlad a teplo v hypotalamu je 1: 6, takže centrální termoreceptory se aktivují převážně při zvýšení teploty „jádra“ lidského těla.

Na základě analýzy a integrace informací o teplotě krve a periferních tkání je v preoptické oblasti hypotalamu kontinuálně stanovována průměrná (integrální) hodnota tělesné teploty. Tato data jsou přenášena interkalárními neurony do skupiny neuronů v přední části hypotalamu, které v těle nastavují určitou úroveň tělesné teploty - „nastavenou hodnotu“ pro termoregulaci. Na základě analýzy a srovnání průměrné tělesné teploty a požadované teploty, která má být regulována, mechanismy „nastavené hodnoty“ prostřednictvím efektorových neuronů zadního hypotalamu působí na procesy přenosu tepla nebo produkce tepla, aby se skutečná a nastavená teplota v řádku.

Díky funkci centra termoregulace je tedy vytvořena rovnováha mezi produkcí tepla a přenosem tepla, což umožňuje udržování tělesné teploty v mezích optimálních pro vitální aktivitu organismu.

Endokrinní systém.

Hypotalamus řídí procesy produkce tepla a přenosu tepla a vysílá nervové impulsy do žláz s vnitřní sekrecí, hlavně štítné žlázy a nadledvin.

Účast štítná žláza v termoregulaci je dáno tím, že účinek nízké teploty vede ke zvýšenému uvolňování jejích hormonů (tyroxin, trijodthyronin), které zrychlují metabolismus a následně i tvorbu tepla.

Role nadledvinky spojené s uvolňováním katecholaminů (adrenalin, norepinefrin, dopamin) do krevního oběhu, které zvýšením nebo snížením oxidačních procesů v tkáních (například ve svalech) zvyšují nebo snižují produkci tepla a zužují nebo zvětšují kožní cévy, mění hladinu přenos tepla.

1) Úvod …………………………………………………………………… .3

2) Poikilotermie, heterotermie, homeotermie ........................................... .................. 4

3) Zásady regulace tělesné teploty, tepelná bilance ... ... ... ... ... 5

4) Fyziologie temoreceptorů ………………………………………………… 6

5) Termoregulační centra ………………………………………………… ... 8

a) centra pro přenos tepla …………………………………………… ... 9

b) střediska výroby tepla ………………………………………… ..10

6) Mechanismy výroby tepla ………………………………………… ..10

a) kontraktilní termogeneze ……………………………………… 11

b) nekontraktilní termogeneze …………………………………… 12

7) Mechanismy přenosu tepla …………………………………………… .12

a) vedení tepla …………………………………………………… ... 13

b) tepelné záření ………………………………………………… .13

c) konvekce ……………………………………………………… ..14

d) odpařování ……………………………………………………… ..14

8) Metabolismus …………………………………………………………… .16

9) Výživa ……………………………………………………………… .17

10) Závěr ………………………………………………………… ... 20

11) Seznam použité literatury …………………………………… ..23

ÚVOD

Bez ohledu na to, jak rozmanité jsou formy projevu života, jsou vždy neoddělitelně spjaty s transformací energie. Energetický metabolismus je vlastností vlastní každé živé buňce. Energeticky bohaté živiny jsou absorbovány a chemicky přeměňovány a z buňky jsou uvolňovány metabolické odpadní produkty s nižší energií. Podle prvního termodynamického zákona energie nezmizí a znovu nevznikne. Organismy musí přijímat energii ve formě, která je jim přístupná z prostředí, a vracet do životního prostředí odpovídající množství energie ve formě, která je méně vhodná pro další využití.

Asi před sto lety francouzský fyziolog Claude Bernard zjistil, že živý organismus a prostředí tvoří jeden systém, protože mezi nimi probíhá nepřetržitá výměna látek a energie. Normální fungování těla podporuje regulace vnitřních složek, která vyžaduje výdej energie. Využití chemické energie v těle se nazývá energetický metabolismus: je to on, kdo slouží jako indikátor celkového stavu a fyziologické aktivity těla.

Metabolické (nebo metabolické) procesy, během nichž se syntetizují specifické prvky těla z absorbované potravy, se nazývají anabolismus; metabolické procesy, během nichž dochází ke zhroucení strukturálních prvků těla nebo absorbovaných potravinových produktů, se proto nazývají katabolismus.

Živý organismus produkuje teplo, které se používá k ohřevu těla. Specifická tepelná kapacita lidského těla (množství tepla potřebného k ohřátí tkáně o 1 ° C) je v průměru 0,83 kcal / kg na 1 stupeň (u vody - 1 kcal / kg na stupeň). Ke zvýšení tělesné teploty osoby o hmotnosti 70 kg o 1 ° by mělo být vynaloženo 58,1 kcal (0,83 70). V průměru osoba vážící 70 kg v klidových podmínkách vylučuje asi 72 kcal / hodinu. Pokud by tedy neexistoval druhý proces - přenos tepla, pak by se lidské tkáně každou hodinu zahřály o 1,24 ° (72: 58,1). To se však nestává, protože za normálních podmínek v klidu se rychlost výroby tepla rovná rychlosti jeho ztráty. Říká se tomu tepelná bilance, která je založena na procesech regulace výroby tepla a přenosu tepla. Společně se tomu říká termoregulace.

POYKILOTHERMIA, HETEROTHERMIA, HOMOYOTHERMIA

Ve vývoji termoregulačního systému existuje nižší fáze, kdy tělesná teplota zvířete závisí především na teplotě prostředí: když klesá, klesá také tělesná teplota a naopak. Tento stav tělesné teploty se nazývá poikilotermie a zvířata se nazývají poikilotermní. Žába je typickým představitelem poikilotermie. V zimě se žabí tělesná teplota blíží nule. V tomto stavu je stále schopná dlouhých skoků, ale ne více než 12-15 cm. V létě její tělesná teplota dosahuje 20-25 ° C a může skákat mnohem dále-až 1 m. Obvykle v podmínkách nízké teploty, poikilotermní zvířata upadají do stavu pozastavené animace. Existují mikroorganismy, pro které se optimální teplota okolí pohybuje od 0 ° C do minus 60 ° C, například mikrobi žijící v ledové hmotě, nebo naopak mikroorganismy, které odolávají okolním teplotám od + 70 ° С do + 120 ° С například horké jarní klíčky.

Mechanismy výroby tepla a přenosu tepla.

A - role orgánů při výrobě tepla

B - role orgánů při přenosu tepla

Řada zvířat, například netopýři, hlodavci, některé ptačí druhy, například kolibříci, patří do skupiny heterotermálních organismů: za určitých podmínek jsou to poikilotermní organismy, za jiných jsou homeotermní.

Savci patří mezi homeotermální organismy (teplokrevné), ve kterých probíhá izotermie neboli stálost tělesné teploty. Izotermie má však relativní povahu: teplota tkání umístěných hlouběji než 3 cm od povrchu těla (kůže, podkoží, povrchové svaly) nebo skořápky do značné míry závisí na vnější teplotě, zatímco jádro těla tj. centrální nervový systém, vnitřní orgány, kosterní svaly, umístěné hlouběji než 3 cm, mají relativně konstantní teplotu, bez ohledu na teplotu okolí. Takže teplokrevní živočichové mají poikilotermický obal a homeotermální „jádro“ nebo „jádro“.

Orgány výroby tepla a řízení výroby tepla.

K - kůra, Kzh - kůže, CGT - centra hypotalamu, Cdc - vazomotorické centrum, PM - medulla oblongata, Cm - mícha, Gf - hypofýza, TG - hormon stimulující štítnou žlázu, IVS - endokrinní žlázy, Hm - hormony, M - sval, Pt - játra, Ptr - zažívací trakt, a, b - tok diferenciálních impulsů.

Průměrná teplota mozku, krve a vnitřních orgánů se u člověka blíží 37 ° C. Fyziologický limit kolísání při této teplotě je 1,5 °. Změna teploty krve a vnitřních orgánů u člověka o 2-2,5 ° C od průměrné úrovně je doprovázena porušením fyziologických funkcí a tělesná teplota nad 43 ° C je prakticky neslučitelná s lidským životem.

ZÁSADY REGULACE TEPLOTY TĚLA,

TEPELNÁ Rovnováha

Teplota jádra (tělesa) je určena dvěma toky - generováním tepla (výroba tepla) a přenosem tepla (uvolňování tepla). V termoneutrální nebo komfortní zóně (při 27-32 ° C) existuje rovnováha mezi produkcí tepla a přenosem tepla. Například za podmínek fyziologického klidu tělo produkuje asi 1,18 kcal / minutu (nebo asi 70 kcal za hodinu) a stejné množství tepla se uvolňuje do okolního prostředí. Při nízké teplotě prostředí se navzdory obrannému mechanismu ztráta tepla tělem zvyšuje. Za těchto podmínek musí tělo v zájmu udržení tělesné teploty ekvivalentně zvýšit produkci tepla. Vzniká tak nová úroveň tepelné bilance. Například při teplotě vzduchu 10 ° C přenos tepla dosahuje 120 kcal / hodinu (za podmínek pohodlí - 70 kcal / hodinu), proto aby se teplota těla udržela na konstantní úrovni, musí se také zvýšit produkce tepla na 120 kcal / hod.

Při vysokých okolních teplotách, například při 40 ° C, se uvolňování tepla výrazně sníží, například na 40 kcal / h (místo 70 kcal / h v příjemném prostředí). K udržení konstantní tělesné teploty by se měla snížit i produkce tepla na zhruba 40 kcal / hodinu. Je stanovena nová úroveň tepelné rovnováhy, která zajišťuje udržování tělesné teploty.

Vedoucím faktorem určujícím úroveň tepelné bilance je tedy okolní teplota.

Vzhledem k tomu, že se produkce tepla liší v závislosti na druhu fyzické aktivity člověka a množství přenosu tepla do značné míry závisí na okolní teplotě, jsou nezbytné mechanismy pro regulaci výroby tepla a přenosu tepla. Provádějí se za účasti specializovaných struktur mozku, spojených v centru termoregulace. Princip regulace spočívá v tom, že řídicí zařízení (termoregulační centrum) přijímá informace od termoreceptorů. Na základě těchto informací generuje takové příkazy, díky nimž se aktivita řídících objektů (pracovní struktury, které určují intenzitu produkce tepla a přenosu tepla) mění tak, že vzniká nová úroveň tepelné bilance, v důsledku čehož tělo teplota zůstává na konstantní úrovni. Termoregulační systém může pracovat v režimu sledování nebo na principu nesouladu - změnila se teplota krve, mění se aktivita řídicích objektů. Termoregulační systém však také zajišťuje měkčí způsob udržování konstantní tělesné teploty, který je založen na principu regulace narušením: je detekována změna teploty prostředí a bez čekání, až ovlivní teplotu krve , v systému se objevují příkazy, které tímto způsobem mění činnost řídicích objektů, že teplota krve je udržována konstantní. Kromě toho může termoregulační systém fungovat v režimu prediktivního řízení, tj. Včasné ovládání (to jsou podmíněné reflexy): člověk se právě chystá vyjít na zimní ulici a jeho produkce tepla se již zvyšuje, což je nezbytné kompenzovat tepelné ztráty, ke kterým dojde. u osoby na ulici za podmínek nízké teploty. Ve všech případech jsou pro optimální regulaci intenzity produkce tepla a přenosu tepla vyžadovány informace o teplotě těla (jádro a skořápka). Přenáší se do centrálního nervového systému z termoreceptorů.

FYZIOLOGIE TERMORECEPTORŮ

Termoreceptory jsou umístěny na různých částech kůže, ve vnitřních orgánech (v žaludku, střevech, děloze, močovém měchýři), v dýchacích cestách, sliznicích, rohovce oka, kosterních svalech, cévách, včetně tepen, aorty a karotických zónách, v mnoha velkých žilách, stejně jako v mozkové kůře, míše, retikulární formaci, středním mozku, hypotalamu.

Termoreceptory centrálního nervového systému jsou s největší pravděpodobností neurony, které současně působí jako receptory a role aferentního neuronu.

Termoreceptory kůže byly plně studovány. Většina termoreceptorů se nachází na pokožce hlavy (obličej) a krku. V průměru připadá 1 termoreceptor na 1 mm 2 povrchu kůže. Kožní termoreceptory se dělí na chlad a teplo. Na druhé straně jsou studené rozděleny na studené (specifické), které reagují pouze na změny teploty, a hmatové-studené nebo nespecifické, které mohou současně reagovat jak na změny teploty, tak na tlak.

Receptory chladu jsou umístěny v hloubce 0,17 mm od povrchu kůže. Celkem jich je asi 250 tisíc. Na změny teploty reagují krátkou dobou latence. V tomto případě frekvence akčního potenciálu lineárně závisí na teplotě v rozmezí od 41 ° do 10 ° C: čím nižší je teplota, tím vyšší je pulzní frekvence. Optimální citlivost je v rozmezí od 15 ° do 30 ° С a podle některých zdrojů až do 34 ° С.

Tepelné receptory leží hlouběji - ve vzdálenosti 0,3 mm od povrchu kůže. Celkem jich je zhruba 30 tisíc. Na změny teploty reagují lineárně v rozmezí od 20 ° do 50 ° C: čím vyšší teplota, tím vyšší frekvence generování akčního potenciálu. Optimální citlivost je v rozmezí 34-43 ° C.

Mezi chladnými a tepelnými receptory existují populace receptorů různé citlivosti: některé reagují na změnu teploty rovnající se 0,1 ° С (vysoce citlivé receptory), jiné - na změnu teploty rovnou 1 ° С (receptory střední citlivosti) a stále ostatní-ke změně o 10 ° C (vysokoprahové nebo málo citlivé receptory).

Informace z kožních receptorů se dostávají do centrálního nervového systému aferentními vlákny skupiny A-delta a přes vlákna skupiny C; do centrálního nervového systému se dostávají různými rychlostmi. Impulsy z chladných receptorů jdou s největší pravděpodobností podél vláken A-delta.

Impuls z kožních receptorů vstupuje do míchy, kde jsou umístěny druhé neurony, což vede ke spinothalamické dráze, která končí ve ventrobazálních jádrech thalamu, odkud část informací vstupuje do senzomotorické zóny mozkové kůry a část z toho jde do hypotalamických center termoregulace.

Vyšší části centrálního nervového systému (kůra a limbický systém) zajišťují vznik tepelného pocitu (teplo, chlad, tepelný komfort, tepelné nepohodlí). Pocit pohodlí je založen na toku impulsů z termoreceptorů skořápky (hlavně kůže). Proto lze tělo „oklamat“ - pokud je v podmínkách vysokých teplot tělo ochlazováno studenou vodou, jako je tomu u letního plavání v horku, pak se vytvoří pocit teplotního pohodlí.

TEPELNÁ REGULAČNÍ STŘEDISKA

Termoregulace se provádí hlavně za účasti centrálního nervového systému, ačkoli některé termoregulační procesy jsou možné i bez centrálního nervového systému. Je tedy známo, že krevní cévy pokožky mohou samy reagovat na chlad: vzhledem k tepelné citlivosti buněk hladkého svalstva na chlad dochází k relaxaci hladkých svalů, proto v chladu dochází nejprve k reflexnímu spasmu, což je doprovázené bolestí, a poté se céva rozšiřuje v důsledku přímého účinku chladu na buňky hladkého svalstva. Kombinace dvou mechanismů regulace tedy umožňuje na jedné straně udržovat teplo a na druhé straně zabránit tkáním zažít hladovění kyslíkem.

Termoregulační centra jsou v širším smyslu souborem neuronů zapojených do termoregulace. Nacházejí se v různých oblastech centrálního nervového systému, včetně mozkové kůry, limbického systému (komplex amygdaly, hippocampus), thalamu, hypotalamu, střední, podlouhlé a míchy. Každá část mozku plní své vlastní úkoly. Zejména kůra, limbický systém a thalamus zajišťují kontrolu nad činností hypotalamických center a páteřních struktur a vytvářejí adekvátní lidské chování v různých teplotních podmínkách prostředí (pracovní poloha, oblečení, dobrovolná motorická aktivita) a vjemy. tepla, chladu nebo pohodlí. Pomocí mozkové kůry se provádí časná (časná) termoregulace - vytvářejí se podmíněné reflexy. Například člověk, který se chystá jít v zimě ven, předem zvyšuje produkci tepla.

Termoregulace zahrnuje sympatický a somatický nervový systém. Sympatický systém reguluje procesy produkce tepla (glykogenolýza, lipolýza), procesy přenosu tepla (pocení, přenos tepla pomocí tepelného záření, vedení tepla a konvekce - změnou tónu kožních cév). Somatický systém reguluje tonické napětí, dobrovolnou a nedobrovolnou fázovou aktivitu kosterních svalů, tj. Procesy kontraktilní termogeneze.

Hypotalamus hraje hlavní roli v termoregulaci. Rozlišuje mezi klastry neuronů, které regulují přenos tepla (centrum přenosu tepla) a produkcí tepla.

Poprvé existenci takových center v hypotalamu objevil K. Bernard. Produkoval „tepelnou injekci“ (mechanicky dráždil hypotalamus zvířete), načež se tělesná teplota zvýšila.

Zvířata se zničenými jádry preoptické oblasti hypotalamu nesnášejí vysoké teploty okolí. Podráždění těchto struktur elektrickým proudem vede k vazodilataci kůže, pocení a vzniku tepelné dušnosti. Tato akumulace jader (hlavně paraventrikulární, supraoptická, suprachiasmatická) se nazývá „centrum přenosu tepla“.

Když jsou neurony zadních částí hypotalamu zničeny, zvíře špatně snáší chlad. Elektrická stimulace této oblasti způsobuje zvýšení tělesné teploty, svalový třes, zvýšení lipolýzy, glykogenolýzy. Předpokládá se, že tyto neurony jsou soustředěny hlavně v oblasti ventromediálních a dorzomediálních jader hypotalamu. Hromadění těchto jader se nazývá „centrum výroby tepla“.

Zničení center termoregulace změní homeotermický organismus na poikilotermický.

Podle K.P.Ivanova (1983, 1984) existují v centrech produkce tepla a přenosu tepla senzorické, integrující a eferentní neurony. Senzorické neurony vnímají informace jak z termoreceptorů umístěných na periferii, tak přímo z krve, která koupe neurony. KP Ivanov rozděluje senzorické neurony na dva typy: 1) vnímání informací z periferních termoreceptorů a 2) vnímání teploty krve. Informace ze senzorických neuronů směřují do integrujících neuronů, kde dochází k součtu všech informací o stavu teploty jádra a skořápky těla, to znamená, že tyto neurony „vypočítají“ průměrnou tělesnou teplotu. Poté informace směřují do příkazových neuronů, ve kterých je aktuální hodnota průměrné tělesné teploty porovnána s danou úrovní. Otázka neuronů, které nastavují tuto úroveň, zůstává otevřená. Ale pravděpodobně existují takové neurony a mohou být umístěny v kůře, limbickém systému nebo, pravděpodobněji, v hypotalamu. Pokud je tedy v důsledku srovnání odhalena odchylka od dané úrovně, pak jsou excitovány eferentní neurony: v centru přenosu tepla jsou to neurony, které regulují pocení, tón kožních cév, objem cirkulující krve , a v centru výroby tepla jsou to neurony, které regulují proces generování tepla. Zatím není jasné, zda se každé centrum (přenosu tepla a výroby tepla) zabývá „výpočty“ a rozhoduje samostatně, nebo existuje nějaké jiné samostatné centrum, kde tento proces probíhá.

Střediska přenosu tepla. Když jsou eferentní neurony centra přenosu tepla vzrušeny, může se tón kožních cév snížit. Je to dáno účinkem eferentních neuronů centra přenosu tepla („kožních cév“) na vazomotorické centrum, což zase ovlivňuje aktivitu spinálních sympatických neuronů, které vysílají proud impulzů do hladkých svalů kožních cév. Výsledkem je, že když jsou excitovány hypotalamické neurony „kožních cév“, sníží se tón kožních cév, zvýší se průtok krve kůží a přenos tepla se zvýší tepelným zářením, vedením tepla a konvekcí. Zvýšený průtok krve v kůži také přispívá ke zvýšenému pocení (přenos tepla odpařováním). Pokud je změna toku kožní krve nedostatečná pro přenos tepla, pak jsou excitovány neurony, které vedou k uvolnění krve z krevních zásob a tím ke zvýšení objemu přenosu tepla. Pokud tento mechanismus nepřispívá k normalizaci teploty, pak jsou excitovány eferentní neurony centra přenosu tepla, které vzrušují sympatické neurony, které aktivují potní žlázy, lze těmto neuronům hypotalamu konvenčně říkat „neurony regulující pot“ nebo neurony které regulují pocení. Sympatické neurony, které aktivují pocení, jsou umístěny v laterálních sloupcích míchy (Th 2 -L 2) a postganglionické neurony jsou lokalizovány v sympatických gangliích. Postganglionická vlákna směřující do potních žláz jsou cholinergní, jejich mediátorem je acetylcholin, který zvyšuje aktivitu potní žlázy interakcí s jejími M-cholinergními receptory (blokátorem je atropin).

Střediska výroby tepla. Eferentní neurony centra produkce tepla mohou být také podmíněně rozděleny do několika typů, z nichž každý aktivuje odpovídající mechanismus produkce tepla.

a) Některé neurony po vzrušení aktivují sympatický systém, v důsledku čehož se zvyšuje intenzita energeticky generujících procesů (lipolýza, glykogenolýza, glykolýza, oxidační fosforylace). Zejména sympatické nervy v důsledku interakce jejich mediátoru (norepinefrinu) s beta-adrenergními receptory aktivují procesy glykogenolýzy a glykolýzy v játrech, procesy lipolýzy v hnědém tuku.

Současně s vzrušením sympatického nervového systému se zvyšuje sekrece hormonů dřeně nadledvin - adrenalinu a norepinefrinu, které zvyšují produkci tepla v játrech, kosterních svalech, hnědém tuku, aktivující glykogenolýzu, glykolýzu a lipolýzu.

b) V hypotalamu jsou eferentní neurony, které ovlivňují hypofýzu, a prostřednictvím ní štítnou žlázu: zvyšuje se produkce hormonů obsahujících jód (T 3 a T 4), což je pravděpodobně způsobeno oddělením procesů oxidační fosforylace, zvýšit tok primárního tepla, tj. To znamená, že pod jejich vlivem se akumulace energie v ATP sníží a většina energie se rozptýlí ve formě tepla.

c) V hypotalamickém centru produkce tepla je také populace eferentních neuronů, jejichž excitace vede ke vzniku termoregulačního tónu (zatímco tón v kosterních svalech se zvyšuje, v důsledku čehož se zvyšuje přibližně o 40-60% při generování tepla) nebo fázové kontrakce jednotlivých svalů
vlákna, kterým se říká „třes“. Ve všech těchto případech je příkaz z eferentních neuronů hypotalamu nakonec přenesen do alfa motoneuronů. Centrální tremorová dráha je eferentní cesta, která probíhá od hypotalamu k alfa motorickým neuronům meziprodukty, zejména tektem (tektospinální dráha) a červeným jádrem (rubrospinální trakt). Podrobnosti o této cestě jsou stále nejasné.

MECHANISMY VÝROBY TEPLA

Zdrojem tepla v těle jsou exotermické reakce oxidace bílkovin, tuků, sacharidů a také hydrolýza ATP. Během hydrolýzy živin se část uvolněné energie akumuluje v ATP a část se rozptýlí ve formě tepla (primární teplo). Při použití energie nahromaděné v AGF je část energie použita k výkonu užitečné práce, část je rozptýlena ve formě tepla (sekundární teplo). Dva proudy tepla - primární a sekundární - jsou tedy tepelné produkty. Při vysoké teplotě prostředí nebo kontaktu osoby s horkým tělem může tělo část tepla přijímat zvenčí (exogenní teplo).

Pokud je nutné zvýšit produkci tepla (například v podmínkách nízké teploty okolí), v těle jsou kromě možnosti přijímat teplo zvenčí mechanismy, které produkci tepla zvyšují.

Klasifikace mechanismů výroby tepla:

1. Kontraktivní termogeneze - produkce tepla v důsledku kontrakce kosterního svalu:

a) dobrovolná činnost pohybového aparátu;

b) termoregulační tón;

c) třes studeného svalu nebo nedobrovolná rytmická aktivita kosterních svalů.

2. Nekontraktilní termogeneze nebo netřesoucí se termogeneze (produkce tepla v důsledku aktivace glykolýzy, glykogenolýzy a lipolýzy):

a) v kosterních svalech (v důsledku odpojení oxidační fosforylace);

b) v játrech;

c) v hnědém tuku;

d) kvůli specificko-dynamickému působení potravin.

Kontraktilní termogeneze

Se svalovou kontrakcí se zvyšuje hydrolýza ATP, a proto se zvyšuje tok sekundárního tepla k ohřívání těla. Dobrovolná svalová aktivita se vyskytuje hlavně pod vlivem mozkové kůry. Lidské zkušenosti ukazují, že v prostředí s nízkou teplotou je pohyb nezbytný. Proto jsou realizovány podmíněné reflexní činy, zvyšuje se dobrovolná motorická aktivita. Čím vyšší je, tím vyšší je produkce tepla. Ve srovnání s hodnotou bazálního metabolismu je možné ji zvýšit 3–5krát. Obvykle s poklesem teploty prostředí a teploty krve je první reakcí zvýšení termoregulačního tónu. Poprvé byl identifikován v roce 1937 u zvířat a v roce 1952 u lidí. Pomocí metody elektromyografie se ukázalo, že se zvýšením svalového tonusu způsobeným podchlazením se zvyšuje elektrická aktivita svalů. Z hlediska mechaniky kontrakce je hermetický tón mikrovibrace. V průměru, když se objeví, se produkce tepla zvýší o 20-45% původní úrovně. S výraznějším podchlazením se termoregulační tón změní ve svalový chladový třes. Termoregulační tón je ekonomičtější než svalový třes. Na jeho tvorbě se obvykle podílejí svaly hlavy a krku.

Třes nebo studený svalový třes je nedobrovolná rytmická aktivita povrchově umístěných svalů, v důsledku čehož se produkce tepla ve srovnání s počáteční úrovní zvyšuje 2–3krát. Obvykle nejprve dochází k třesu ve svalech hlavy a krku, pak - kufru a nakonec končetin. Předpokládá se, že účinnost výroby tepla s třesem je 2,5krát vyšší než u dobrovolné činnosti.

Signály z neuronů v hypotalamu putují „centrální tremorovou cestou“ (tektum a červené jádro) do alfa motoneuronů míchy, odkud signály směřují do odpovídajících svalů, což způsobuje jejich aktivitu. Kuriformní látky (svalové relaxanci) v důsledku blokády H-cholinergních receptorů blokují rozvoj termoregulačního tónu a zimnice. To se používá k vytvoření umělé hypotermie a je také vzato v úvahu při provádění chirurgických zákroků, při nichž se používají svalové relaxancia.

Nekontraktilní termogeneze

Provádí se zvýšením oxidačních procesů a snížením účinnosti konjugace oxidační fosforylace. Hlavním místem produkce tepla jsou kosterní svaly, játra a hnědý tuk. Díky tomuto typu termogeneze se produkce tepla může zvýšit 3krát.

V kosterních svalech je zvýšení nezkracující se termogeneze spojeno se snížením účinnosti oxidační fosforylace v důsledku odpojení oxidace a fosforylace, v játrech, zejména prostřednictvím aktivace glykogenolýzy a následné oxidace glukózy. Hnědý tuk zvyšuje produkci tepla v důsledku lipolýzy (pod vlivem sympatických vlivů a adrenalinu). Hnědý tuk se nachází v týlní oblasti, mezi lopatkami, v mediastinu podél velkých cév, v podpaží. V klidu se asi 10% tepla vytváří v hnědém tuku. S ochlazováním se role hnědého tuku prudce zvyšuje. S adaptací na chlad (mezi obyvateli arktických zón) se zvyšuje hmotnost hnědého tuku a jeho příspěvek k celkové produkci tepla.

Regulace procesů nekontraktilní termogeneze se provádí aktivací sympatického systému a produkcí hormonů štítné žlázy (odpojují oxidační fosforylaci) a dřeně nadledvin.

MECHANISMY TEPELNÉHO UVOLNĚNÍ

Většina tepla je generována ve vnitřních orgánech. Proto musí vnitřní tok tepla jít do kůže, aby byl odstraněn z těla. Přenos tepla z vnitřních orgánů se provádí vedením tepla (tímto způsobem se přenáší méně než 50% tepla) a konvekcí, tj. Přenosem tepla a hmoty. Krev je díky své vysoké tepelné kapacitě dobrým vodičem tepla.

Druhý tepelný tok je tok směrovaný z kůže do okolního prostředí. Říká se tomu vnější tok. S ohledem na mechanismy přenosu tepla je tento tok obvykle míněn.

Přenos tepla do životního prostředí se provádí pomocí 4 hlavních mechanismů:

1) odpařování;

2) vedení tepla;

3) tepelné záření;

4) konvekce.

Mechanismy přenosu tepla a regulace tepla.

K - kůra, Kzh - kůže, CGT - centra hypotalamu, Cdc - vazomotorické centrum, PM - medulla oblongata, Cm - mícha, Gf - hypofýza, TG - hormon stimulující štítnou žlázu, IVS - endokrinní žlázy, GM - hormony, Ptr - trávicí trakt, Kc - cévy, L - plíce, a, b - tok aferentních impulsů.

Příspěvek každého mechanismu k přenosu tepla je dán stavem prostředí a rychlostí produkce tepla v těle. V podmínkách tepelné pohody se většina tepla uvolňuje v důsledku vedení tepla, tepelného záření a konvekce a pouze 19–20% - odpařováním. Při vysoké teplotě média se v důsledku odpařování odevzdává až 75-90% tepla.

Vedení tepla je způsob předávání tepla tělu, které je v přímém kontaktu s lidským tělem. Čím nižší je teplota tohoto tělesa, tím vyšší je teplotní gradient, tím vyšší je rychlost tepelných ztrát v důsledku tohoto mechanismu. Obvykle je tento způsob uvolňování tepla omezen na oděv a vzdušný prostor, které jsou dobrými tepelnými izolátory, stejně jako na podkožní tukovou vrstvu. Čím silnější je tato vrstva, tím menší je šance na přenos tepla do studeného těla.

Tepelné záření- přenos tepla z oblastí pokožky nezakrytých oděvem. Vyskytuje se pomocí dlouhovlnného infračerveného záření, proto se tomuto druhu přenosu tepla také říká radiační přenos tepla. V podmínkách tepelné pohody se díky tomuto mechanismu přenáší až 60% tepla. Účinnost tepelného záření závisí na teplotním gradientu (čím vyšší je, tím více tepla se uvolňuje), na oblasti, ze které záření vzniká, na počtu předmětů v prostředí, které absorbují infračervené paprsky.

Proudění. Vzduch v kontaktu s pokožkou se zahřívá a stoupá vzhůru, jeho místo zaujímá „studená“ část vzduchu atd. Tímto způsobem se díky přenosu tepla a hmoty při tepelné pohodě uvolní až 15% tepla podmínky.

Ve všech výše uvedených mechanismech hraje kožní průtok krve důležitou roli: když se jeho intenzita zvyšuje v důsledku snížení tónu buněk hladkých svalů arteriol a uzavření arteriovenózních zkratů, přenos tepla se výrazně zvyšuje. To je také usnadněno zvýšením objemu cirkulující krve: čím větší je její hodnota, tím vyšší je možnost přenosu tepla do okolí. V chladu dochází k opačným procesům - kožní průtok krve klesá, a to i v důsledku přímého přenosu arteriální krve z tepen do žil, obcházení kapilár, klesá objem cirkulující krve a mění se také behaviorální reakce: člověk nebo zvíře instinktivně zaujme postoj „koule“, protože V tomto případě se oblast přenosu tepla zmenší o 35%, u zvířat se k tomu přidá reakce - „husí kůže“ - zvednutí chlupů kůže (piloerekce) , což zvyšuje buněčnost pokožky a snižuje možnost přenosu tepla.

Ruce tvoří malou část povrchu těla - pouze 6%, ale jejich kůže vydává až 60% tepla pomocí mechanismu přenosu suchého tepla (tepelné záření, konvekce).

Vypařování. Návrat tepla nastává v důsledku výdeje energie (0,58 kcal na 1 ml vody) na odpařování vody. Existují dva druhy odpařování neboli potu: nepostřehnutelné a vnímatelné pocení.

a) nepostřehnutelný pot je odpařování vody ze sliznic dýchacích cest a vody, která prosakuje epitelem kůže (tkáňovým mokem). Během dne dýchacím traktem se normálně odpaří až 400 ml vody, to znamená 400x0,58 kcal = 232 kcal / den. V případě potřeby lze tuto hodnotu zvýšit díky takzvané tepelné dušnosti, která je způsobena vlivem neuronů centra přenosu tepla na respirační neurony mozkového kmene.

V průměru epidermis prosakuje asi 240 ml vody denně. Proto je díky tomu dáno 240 0,58 kcal = 139 kcal / den. Tato hodnota nezávisí na regulačních procesech a různých faktorech prostředí.

Oba typy nepostřehnutelného pocení za den vám umožní dát (400 + 240) 0,58 = 371 kcal.

b) citelné pocení (uvolňování tepla odpařováním potu) V průměru se denně uvolní 400–500 ml potu při příjemné teplotě prostředí, proto se uvolní až 300 kcal. V případě potřeby se však objem pocení může zvýšit až na 12 l / den, tj. Pocením se můžete vzdát téměř 7 000 kcal denně. Potní žlázy dokážou vyprodukovat až 1,5 litru za hodinu a podle některých zdrojů až 3 litry potu.

Účinnost odpařování do značné míry závisí na prostředí: čím vyšší je teplota a čím nižší je vlhkost vzduchu (nasycení vzduchu vodní párou), tím vyšší je účinnost pocení jako mechanismu přenosu tepla. Při 100% nasycení vzduchu vodní párou není odpařování možné.

Potní žlázy jsou tvořeny koncem nebo tělem a potním potrubím, které se otevírá směrem ven během potních pórů. Podle povahy sekrece se potní žlázy dělí na ekrrinní (merokrinní) a apokrinní. Apokrinní žlázy se nacházejí hlavně v podpaží, v oblasti pubiky, stejně jako v stydkých pyskech, perineu a areole prsní žlázy. Apokrinní žlázy vylučují tukovou látku bohatou na organické sloučeniny. Diskutuje se o jejich inervaci - někteří tvrdí, že je adrenergní sympatik, jiní věří, že chybí úplně a produkce tajemství závisí na hormonech dřeně nadledvin (adrenalin a norepinefrin).

Upravené apokrinní žlázy jsou ciliární žlázy umístěné v očních víčkách poblíž řas, dále žlázy produkující ušní maz ve vnějším zvukovodu a nosní žlázy (vestibulární žlázy). Apokrinní žlázy se však na odpařování nepodílejí. Ekrinní nebo merokrinní potní žlázy se nacházejí v kůži téměř všech oblastí těla. Je jich více než 2 miliony (i když existují lidé, kterým je téměř úplně chybí). Většina potních žláz je na dlaních a chodidlech (přes 400 na 1 cm 2) a v kůži ohanbí (asi 300 na 1 cm 2). Rychlost pocení, stejně jako zahrnutí potních žláz do aktivity, se v různých částech těla velmi liší.

Pokud jde o chemické složení, pot je hypotonický roztok: obsahuje 0,3% chloridu sodného (v krvi téměř 0,9%), močovinu, glukózu, aminokyseliny, amonium a malé množství kyseliny mléčné. Potní pH se pohybuje od 4,2 do 7, průměrné pH = 6. Specifická hmotnost - 1,001-1,006. Protože pot je hypotonické prostředí, při silném pocení se ztrácí více vody než solí a v krvi může dojít ke zvýšení osmotického tlaku. Bohaté pocení je tedy plné změn v metabolismu voda-sůl.

Potní žlázy jsou inervovány sympatickými cholinergními vlákny - na jejich koncích se uvolňuje acetylcholin, který interaguje s M -cholinergními receptory a zvyšuje produkci potu. Preganglionické neurony jsou umístěny v postranních sloupcích míchy na úrovni Th 2 -L 2 a postganglionické neurony jsou umístěny v sympatickém kmeni.

Je -li nutné zvýšit přenos tepla odpařováním, aktivují se neurony kůry, limbický systém a hlavně hypotalamus. Z hypotalamických neuronů jdou signály do neuronů míchy a do procesu pocení postupně zapojují různé oblasti kůže: nejprve obličej, čelo, krk, pak trup a končetiny.

Existují různé způsoby, jak aktivně ovlivnit proces pocení. Například mnoho antipyretik nebo antipyretik: aspirin a další salicyláty zvyšují pocení a tím i nižší tělesnou teplotu (zvýšený přenos tepla nastává odpařováním). Diaforeticky působí také květenství lípy, malin, listů podbělu.

METABOLISMUS

Metabolismus je proces metabolismu látek, které vstupují do těla, v důsledku čehož z těchto látek mohou vznikat složitější nebo naopak jednodušší látky.

Lidské tělo, stejně jako organismy ostatních zástupců živočišného a rostlinného světa, je otevřený termodynamický systém. Neustále do něj proudí proud volné energie. Současně dává životnímu prostředí energii, hlavně znehodnocenou (přidruženou). Díky těmto dvěma tokům zůstává entropie živého organismu (míra nepořádku, chaosu, degradace) na konstantní (minimální) úrovni. Když se z nějakého důvodu sníží tok volné energie (negentropie) (nebo se zvýší tvorba vázané energie), pak se celková entropie organismu zvýší, což může vést k jeho termodynamické smrti.

Podle termodynamiky živých systémů je život boj s entropií, boj mezi uspořádáním systému a degradací. Podle známé Prigoginovy ​​rovnice k minimálnímu nárůstu entropie dochází, pokud je rychlost negentropického toku stejná jako rychlost toku entropie do média.

Volná energie pro tělo může pocházet pouze z jídla. Je akumulován v komplexních chemických vazbách bílkovin, tuků a uhlohydrátů. Aby se uvolnila tato energie, živiny se nejprve hydrolyzují a poté oxidují za anaerobních nebo aerobních podmínek.

V procesu hydrolýzy, která se provádí v gastrointestinálním traktu, se uvolňuje nevýznamná část volné energie (méně než 0,5%). Nelze jej použít pro potřeby bioenergie, protože není akumulován makroergy, jako je ATP. Přeměňuje se pouze na tepelnou energii (primární teplo), kterou tělo využívá k udržování teplotní homeostázy.

2. stupeň uvolňování energie je proces anaerobní oxidace. Zejména se tímto způsobem uvolňuje z glukózy během oxidace na kyselinu mléčnou asi 5% veškeré volné energie. Tuto energii však akumuluje makroergní ATP a používá se k provádění užitečné práce, například ke kontrakci svalů, k provozu sodno-draselné pumpy, ale nakonec se také mění v teplo, kterému se říká sekundární teplo.

3. fáze - hlavní fáze uvolňování energie - až 94,5% veškeré energie, kterou lze v těle uvolnit. Tento proces se provádí v Krebsově cyklu: oxiduje kyselinu pyrohroznovou (produkt oxidace glukózy) a acetyl koenzym A (produkt oxidace aminokyselin a mastných kyselin). V procesu aerobní oxidace se uvolňuje volná energie v důsledku oddělení vodíku a přenosu jeho elektronů a protonů podél řetězce respiračních enzymů na kyslík. Současně nedochází k uvolňování energie současně, ale postupně, proto lze většinu této volné energie (přibližně 52-55%) akumulovat do energie makroergu (ATP). Zbytek se ztrácí jako primární teplo v důsledku „nedokonalosti“ biologické oxidace. Poté, co využije volnou energii uloženou v ATP k užitečné práci, promění se v sekundární teplo.

Veškerá volná energie, která se uvolní při oxidaci živin, se tedy nakonec přemění na tepelnou energii. Proto je měření množství tepelné energie, kterou tělo vydává, metodou pro stanovení energetického výdeje těla.

V důsledku oxidace se glukóza, aminokyseliny a mastné kyseliny v těle přeměňují na oxid uhličitý a vodu.

Energetický metabolismus živočišného organismu (hrubý metabolismus) se skládá ze základního metabolismu a pracovního přírůstku do základního metabolismu. Počáteční hodnota úrovně metabolických procesů je bazální rychlost metabolismu. Specifikované standardní podmínky pro stanovení základní metabolické rychlosti charakterizují faktory, které mohou ovlivnit intenzitu metabolických procesů u lidí. Například rychlost metabolismu podléhá denním výkyvům, které se ráno zvyšují a v noci klesají. Intenzita metabolismu se také zvyšuje s fyzickou a duševní prací. Konzumace živin a jejich další trávení má významný vliv na úroveň metabolismu, zvláště pokud jsou živiny proteinové povahy. Tento jev se nazývá specifické dynamické působení jídla. Zvýšení rychlosti metabolismu po požití bílkovinného jídla může trvat 12–18 hodin. A nakonec, pokud teplota okolí klesne pod komfortní teplotu, pak se zvýší intenzita metabolických procesů. Posun směrem k ochlazení vede k většímu zvýšení metabolismu než odpovídající posun k vyšším teplotám.

I při plném a přísném dodržování standardních podmínek se může bazální rychlost metabolismu u zdravých lidí lišit. Tato variabilita se vysvětluje rozdíly ve věku, pohlaví, výšce, tělesné hmotnosti. Hodnota 4,2 kJ / kg h se zpravidla bere jako přibližná hodnota standardní (základní) rychlosti metabolismu; pro osobu vážící 70 kg je odpovídající bazální rychlost metabolismu přibližně 7100 kJ / den (1700 kcal / den).

VÝŽIVA

Výživa je proces asimilace tělem látek nezbytných pro stavbu a obnovu jeho tělních tkání a také pro pokrytí nákladů na energii.

Obecně vývoj nutričních potřeb živočišných organismů zahrnoval proces omezení vlastní syntézy řady sloučenin se současným rozšířením spotřeby určitých typů organických sloučenin. To vedlo k izolaci celé skupiny látek nepostradatelných pro vyšší zvířata a lidi, tedy nezbytných pro metabolismus, ale nesyntetizovaných nezávisle.

Využití potravinářských produktů, sestávajících převážně z komplexních sloučenin rostlinného nebo živočišného původu, pro energetické nebo plastické potřeby těla je možné pouze po hydrolýze těchto prostředků a transformaci na relativně jednoduché sloučeniny bez druhové specificity. Nutriční potřeby různých druhů zvířat se liší podle toho, jaké živiny je tělo schopné syntetizovat a které musí pocházet zvenčí. Hlavní rozdíly ve výživových požadavcích jsou však způsobeny trávením (hydrolyzováním) potravin. Je to dáno tím, že ve vyšších živočišných organismech probíhají mezilehlé metabolické procesy podobným způsobem.

V metabolismu (metabolismu) a energii se rozlišují dva procesy: anabolismus a katabolismus. Anabolismus je chápán jako soubor procesů zaměřených na budování struktur těla, zejména prostřednictvím syntézy komplexních organických látek; za katabolismu - soubor procesů rozkladu složitých organických sloučenin a využití vzniklých relativně jednoduchých látek v procesech výměny energie. Anabolismus a katabolismus jsou založeny na asimilačních a disimilačních procesech, které jsou v těle propojeny a v normálním těle jsou vyvážené.

Obecně jsou potřeby zvířat dosti homogenní: pro výměnu energie potřebují živiny podobné struktury; v látkách, jako jsou aminokyseliny, puriny a některé lipidy, k vytvoření komplexních molekul bílkovin a buněčných struktur; ve speciálních katalyzátorech metabolismu a stabilizátorech buněčných membrán; v anorganických iontech a sloučeninách pro fyzikálně chemické procesy v těle a nakonec v univerzálním biologickém rozpouštědle - vodě - k vytvoření prostředí pro buněčný metabolismus.

Složení potravy vysoce organizovaných organismů nakonec zahrnuje organické látky, z nichž drtivá většina souvisí s bílkovinami, lipidy a sacharidy. Produkty jejich hydrolýzy - aminokyseliny, mastné kyseliny, glycerin a monosacharidy - se vynakládají na zásobování těla energií. V procesech energetického metabolismu jsou aminokyseliny, mastné kyseliny a monocukr propojeny společnými cestami jejich transformace. Jako energetické nosiče mohou být tedy potravinové látky zaměnitelné v souladu s energetickou hodnotou (izodynamické pravidlo).

Energetická (kalorická) hodnota jídla se odhaduje podle množství tepelné energie uvolněné při spalování 1 g potravinářské látky (fyziologické spalné teplo), které se tradičně vyjadřuje v kilokaloriích nebo SI - v joulech (1 kcal = 4,187 kJ). Výpočty ukázaly, že energetická hodnota tuků (38,9 kJ / g; 9,3 kcal / g) je dvakrát vyšší než u bílkovin a sacharidů (17,2 kJ / g; 4,1 kcal / g). Bílkoviny a sacharidy mají stejnou energetickou hodnotu a lze je nahradit 1: 1 v hmotnostním poměru.

K udržení nehybného stavu těla musí být celkové náklady na energii pokryty příjmem živin, které ve svých chemických vazbách nesou ekvivalentní zásobu energie. Pokud množství příchozích potravin na pokrytí energetických výdajů nestačí, pak jsou energetické výdaje kompenzovány vnitřními rezervami, hlavně tuky. Pokud hmotnost příchozího jídla z hlediska energetických zdrojů překročí spotřebu energie, probíhá proces ukládání tuků bez ohledu na složení potravin.

Vždy je však třeba mít na paměti, že tyto tři zdroje energie jsou také plastovým materiálem zvířecího organismu. Proto je dlouhodobé vyloučení jedné ze tří živin ze stravy a nahrazení energeticky ekvivalentním množstvím jiné látky nepřijatelné.

ZÁVĚR

Život je spojen s neustálým výdejem energie, která je nezbytná pro fungování těla. Z hlediska termodynamiky patří živé organismy k otevřeným systémům, protože pro svoji existenci si neustále vyměňují látky a energii s vnějším prostředím. Energetickým zdrojem živých organismů jsou chemické přeměny organických látek pocházejících z prostředí. Transformace těchto látek ze složitých na jednoduché a vede k uvolnění energie obsažené v chemických vazbách. Těžba energie z chemických vazeb se provádí hlavně se spotřebou molekulárního kyslíku (aerobní metabolismus); oxidaci v řadě řetězců předchází anoxické štěpení (anaerobní metabolismus).

Hlavním akumulátorem energie pro použití v buněčných procesech je adenosintrifosfát (ATP). Pomocí energie ATP je možné syntetizovat protein, rozdělit buňky, zachovat jejich osmotický gradient, svalovou kontrakci atd. Podle prvního termodynamického zákona se chemická energie ATP procházející mezistupněmi nakonec mění v teplo , kterou tělo ztrácí. Intenzita energetické výměny těla je tedy součtem energetických výdajů na funkci buněčných systémů, nahromaděné energie a jejích ztrát ve formě tepla.

Život organismu závisí na průběhu chemických reakcí s přeměnou všech druhů energie na teplo. Rychlost chemických reakcí, a tedy výměna energie, závisí na teplotě tkání. Teplo jako konečná transformace energie se může pohybovat z oblasti s vyšší teplotou do oblasti nižší. Teplota tkání je dána poměrem rychlosti produkce metabolického tepla jejich buněčných struktur a rychlosti odvodu výsledného tepla do prostředí. V důsledku toho je výměna tepla mezi tělem a vnějším prostředím nezbytnou podmínkou existence živočišných organismů. K udržení normální (optimální) tělesné teploty mají živočišné organismy systém pro regulaci výměny tepla s okolím.

Živočišné organismy se dělí na poikilotermické a homeotermické. Poikilotermické (stojící na dolních příčkách fylogenetického žebříčku) mají nedokonalé, ale přesto docela účinné mechanismy termoregulace. Mezi tyto mechanismy patří chemický systém teplotní kompenzace, který umožňuje udržovat stabilní výměnu energie s výraznými změnami tělesné teploty, termoregulaci podle chování (volba optimální teploty prostředí) a teplotní hysterezi (schopnost rychleji zachytit teplo z vnějšího prostředí než se ztratí).

Homeothermia je pozdější akvizicí vývoje světa zvířat. Ptáci a savci jsou klasifikováni jako skutečně homeotermní zvířata, protože tato zvířata jsou schopna udržovat konstantní tělesnou teplotu v rozmezí 2 ° C a relativně široké výkyvy teploty vnějšího prostředí.

Homeotermie je založena na vyšší úrovni výměny energie než u poikilotermických zvířat díky zvýšené roli hormonů štítné žlázy, které stimulují práci buněčné sodíkové pumpy. Vysoká výměna energie vedla k vytvoření dokonalých mechanismů pro regulaci tepelné energie v těle.

Řada zvířat patří do skupiny heterotermálních organismů: za určitých podmínek jsou to poikilotermní organismy, za jiných jsou homeotermní.

K udržení konstantní tělesné teploty mají homeotermální zvířata chemickou a fyzikální termoregulaci. Fyzická termoregulace se provádí změnou tepelné vodivosti povrchových tkání těla (změny krevního toku pokožky, piloerekce, odpařování vlhkosti z povrchu těla nebo ústní dutiny).

Chemická termoregulace se provádí zvýšením produkce tepla v těle. Existují dva hlavní zdroje chemické termoregulace (regulovaná tvorba tepla): kontraktilní termogeneze způsobená dobrovolnou aktivitou pohybového aparátu, termoregulační tonus a svalové třesy a nekontraktilní termogeneze způsobená hnědou tukovou tkání, specificko-dynamickým působením potravy atd. .

Výměna tepla je řízena aktivitou termoreceptorů, z nichž jsou informace odesílány do centra termoregulace hypotalamu, který řídí reakce chemické a fyzikální termoregulace.

Dlouhodobé vystavení vysokým nebo nízkým okolním teplotám vede k významným změnám vlastností těla a zvyšuje jeho odolnost vůči působení odpovídajících teplotních faktorů.

Stavba a obnova tělních tkání, stejně jako pokrytí energetických výdajů těla, musí být zajištěno adekvátní výživou. V metabolismu a energii se rozlišují dva procesy: anabolismus a katabolismus. Anabolismus je chápán jako soubor procesů zaměřených na budování struktur těla, zejména prostřednictvím syntézy komplexních organických látek. Katabolismus je soubor procesů rozkladu složitých organických látek za účelem uvolnění energie. Anabolismus a katabolismus jsou založeny na procesech asimilace a disimilace, které jsou vzájemně propojené a vyvážené.

Nutriční potřeby zvířat jsou celkem homogenní: nezbytné látky pro energetický metabolismus (bílkoviny, tuky, sacharidy), látky pro stavbu komplexních proteinových molekul a buněčných struktur (aminokyseliny, puriny, lipidy, sacharidy), speciální metabolické katalyzátory (vitamíny) a stabilizátory buněčných membrán (antioxidanty), anorganické ionty a univerzální biologické rozpouštědlo - voda.

Energetická hodnota potravin je dána množstvím tepelné energie uvolněné při spalování 1 g potravinářské látky (fyziologické spalné teplo).

Racionální výživou se rozumí výživa, která je kvantitativně i kvalitativně dostačující. Základem vyvážené stravy je rovnováha, tedy optimální poměr konzumovaných potravin. Vyvážená strava by měla obsahovat bílkoviny, tuky a sacharidy v hmotnostním poměru, přibližně 1: 1: 4. Z kvalitativního hlediska by jídlo mělo být kompletní, tj. Obsahovat bílkoviny (včetně esenciálních aminokyselin), esenciální mastné kyseliny (takzvaný vitamín F), vitamíny, z nichž většina je součástí katalytických systémů, a velkou skupinu vitamínů podobných látky, anorganické prvky a voda ...

BIBLIOGRAFIE

1) McMurey V. Metabolismus u lidí. M., 1980.

2) Norton A., Edholm O. Muž v chladných podmínkách. M., 1957.

3) Obecný kurz fyziologie lidí a zvířat / editoval A.D.Nozdrachev. M., 1991. 2.

4) Základy fyziologie / ed. P. Sterki. M., 1984.

5) Slonim A. D. Vývoj termoregulace. L., 1986.

6) Fyziologie termoregulace: Manuál fyziologie / vyd. K. P. Ivanova. L., 1984.

7) Fyziologie člověka / ed. N.A. Aghajanyan, V.I. Tsirkin. SPb., 1998.

8) Fyziologie člověka / ed. R. Schmidt, G. Tevs. M., 1986 T. 4.

U teplokrevných zvířat a lidí (takzvané homeotermní organismy) je na rozdíl od chladnokrevných (nebo poikilotermních) organismů konstantní tělesná teplota předpokladem existence, jedním z hlavních parametrů homeostázy (neboli stálosti) vnitřní prostředí těla.

Psychologické mechanismy zajišťující tepelnou homeostázu organismu (jeho „jádra“) jsou rozděleny do dvou funkčních skupin: mechanismy chemické a fyzikální termoregulace. Chemická termoregulace je regulace produkce tepla v těle. Během redoxních reakcí metabolismu v těle neustále vzniká teplo. Současně je část věnována vnějšímu prostředí, čím více, tím větší je rozdíl mezi teplotou těla a prostředím. Proto udržování stabilní tělesné teploty s poklesem teploty prostředí vyžaduje odpovídající zvýšení metabolických procesů a doprovodné vytváření tepla, které kompenzuje tepelné ztráty a vede k zachování celkové tepelné rovnováhy těla a udržení stálost vnitřní teploty. Proces reflexního zesílení produkce tepla v reakci na pokles teploty okolí se nazývá chemická termoregulace. Uvolňování energie ve formě tepla doprovází funkční zátěž všech orgánů a tkání a je charakteristické pro všechny živé organismy. Specifikem lidského těla je, že změna produkce tepla jako reakce na měnící se teplotu v nich představuje zvláštní reakci těla, která nemá vliv na úroveň fungování hlavních fyziologických systémů.

Specifická termoregulační produkce tepla je soustředěna hlavně v kosterních svalech a je spojena se speciálními formami fungování svalů, které nemají vliv na jejich přímou motorickou aktivitu. Zvýšení tvorby tepla během ochlazování může také nastat v klidovém svalu, stejně jako když je kontraktilní funkce uměle vypnuta působením specifických jedů.

Jedním z nejběžnějších mechanismů specifické termoregulační produkce tepla ve svalech je takzvaný termoregulační tonus. Je vyjádřen mikrokontrakcemi fibril, zaznamenanými jako zvýšení elektrické aktivity zevně nepohyblivého svalu při jeho ochlazení. Termoregulační tonus zvyšuje spotřebu kyslíku ve svalu, někdy o více než 150%. Se silnějším ochlazením spolu s prudkým zvýšením termoregulačního tónu jsou zahrnuty viditelné svalové kontrakce ve formě chladu. V tomto případě se výměna plynu zvyšuje na 300 - 400%. Je charakteristické, že svaly jsou nerovné z hlediska podílu účasti na tvorbě termoregulačního tepla.

Při dlouhodobém působení chladu lze kontraktilní typ termogeneze do té či oné míry nahradit (nebo doplnit) přepnutím tkáňového dýchání ve svalu na takzvanou volnou (nefosforylační) dráhu, ve které je fáze tvorby a následný rozpad ATP vypadává. Tento mechanismus není spojen se svalovou kontraktilní aktivitou. Celková hmotnost tepla uvolněného při volném dýchání je prakticky stejná jako v kvasinkové termogenezi, ale většina tepelné energie se spotřebuje okamžitě a oxidační procesy nelze inhibovat nedostatkem ADP nebo anorganického fosfátu.

Poslední uvedená okolnost umožňuje dlouhodobě volně udržovat vysokou úroveň výroby tepla.

Změny v intenzitě metabolismu způsobené vlivem okolní teploty na lidské tělo jsou přirozené. V určitém rozsahu vnějších teplot je produkce tepla odpovídající výměně odpočívajícího organismu zcela kompenzována jeho „normálním“ (bez aktivní intenzifikace) přenosem tepla. Výměna tepla mezi tělem a prostředím je vyvážená. Tento teplotní rozsah se nazývá termoneutrální zóna. Směnný kurz v této zóně je minimální. Často hovoří o kritickém bodě, což znamená konkrétní teplotní hodnotu, při které je dosaženo tepelné rovnováhy s prostředím. Teoreticky je to pravda, ale je prakticky nemožné experimentálně stanovit takový bod kvůli neustálým nepravidelným výkyvům metabolismu a nestabilitě tepelně izolačních vlastností potahů.

Snížení teploty prostředí mimo termoneutrální zónu způsobuje reflexní zvýšení úrovně metabolismu a produkce tepla, dokud není tepelná bilance těla v nových podmínkách vyrovnaná. Z tohoto důvodu zůstává tělesná teplota nezměněna.

Zvýšení teploty prostředí mimo termoneutrální zónu také způsobuje zvýšení úrovně metabolismu, což je způsobeno aktivací mechanismů pro aktivaci přenosu tepla, které pro svou práci vyžadují další spotřebu energie. To vytváří zónu fyzické termoregulace, během které také teplota zůstává stabilní. Po dosažení určité prahové hodnoty se mechanismy pro posílení přenosu tepla ukáží jako neúčinné, začíná přehřívání a v konečném důsledku i smrt organismu.

V roce 1902 Rubner navrhl rozlišovat mezi dvěma typy těchto mechanismů - „chemickou“ a „fyzickou“ termoregulací. První je spojena se změnou produkce tepla v tkáních (napětí chemických metabolických reakcí), druhá je charakterizována přenosem tepla a redistribucí tepla. Spolu s krevním oběhem hraje pocení důležitou roli ve fyzické termoregulaci, takže kůže má speciální funkci přenosu tepla - zde se ohřátá krev ve svalech nebo v „jádru“ ochlazuje, zde se realizují mechanismy pocení a pocení .

b V „normě“ lze vedení tepla zanedbávat, protože tepelná vodivost vzduchu je nízká. Tepelná vodivost vody je 20krát vyšší; proto přenos tepla vedením hraje významnou roli a stává se významným faktorem hypotermie v případě mokrého oblečení, vlhkých ponožek atd.

b Efektivnější přenos tepla konvekcí (tj. pohybující se částice plynu nebo kapaliny, míchání jejich zahřátých vrstev s chlazenými). Ve vzdušném prostředí, dokonce i v podmínkách klidu, představuje přenos tepla konvekcí až 30% tepelných ztrát. Role konvekce ve větru nebo při pohybu člověka se ještě zvyšuje.

b Přenos tepla sáláním z ohřátého tělesa do studeného se provádí podle Stefan-Boltzmannova zákona a je úměrné rozdílu čtvrtých stupňů teploty kůže (oděvu) a povrchu okolních předmětů . Tímto způsobem v podmínkách „pohodlí“ dává nahý člověk až 45% tepelné energie, ale u teplého oblečení nehraje tepelné záření zvláštní roli.

b Odpařování vlhkosti z kůže a povrchu plic je také účinným způsobem přenosu tepla (až 25%) v podmínkách „pohodlí“. V podmínkách vysokých teplot okolí a intenzivní svalové činnosti hraje dominantní roli přenos tepla odpařováním potu - s 1 gramem potu se odnese 0,6 kcal energie. Vypočítat celkové množství tepla ztraceného potem není obtížné, pokud vezmeme v úvahu, že za podmínek intenzivní svalové aktivity může člověk za osm hodin pracovního dne vydat až 10 - 12 litrů tekutin. V chladu jsou tepelné ztráty potem u dobře oblečeného člověka malé, ale i zde je nutné počítat s přenosem tepla v důsledku dýchání. V tomto procesu se kombinují dva mechanismy přenosu tepla - konvekce a odpařování. Ztráta tepla a tekutiny dýcháním je poměrně značná, zvláště při intenzivní svalové aktivitě v podmínkách nízké atmosférické vlhkosti.

Podstatným faktorem ovlivňujícím procesy termoregulace jsou vazomotorické (vazomotorické) reakce kůže. Při nejvýraznějším zúžení cévního řečiště se tepelné ztráty mohou snížit o 70%, při maximální expanzi - zvýšení o 90%.

Druhové rozdíly v chemické termoregulaci jsou vyjádřeny v rozdílu v úrovni hlavního (v zóně termoneutrality) metabolismu, poloze a šířce termoneutrální zóny, intenzitě chemické termoregulace (zvýšení metabolismu se snížením teploty média o 1 "C), jakož i v rozsahu efektivního působení termoregulace. Všechny tyto parametry odrážejí ekologickou specifičnost jednotlivých druhů a adaptivně se mění v závislosti na geografické poloze regionu, ročním období, nadmořské výšce a řada dalších environmentálních faktorů.

Regulační reakce zaměřené na udržování konstantní tělesné teploty během přehřívání jsou zastoupeny různými mechanismy pro zlepšení přenosu tepla do vnějšího prostředí. Mezi nimi je přenos tepla rozšířený a vysoce účinný zesílením odpařování vlhkosti z povrchu těla a / nebo horních cest dýchacích. Když se vlhkost odpařuje, spotřebovává se teplo, což může pomoci udržovat tepelnou rovnováhu. Reakce se zapne, když existují známky začínajícího přehřátí těla.

Adaptivní změny výměny tepla v lidském těle tedy mohou být zaměřeny nejen na udržení vysoké úrovně metabolismu, jako u většiny lidí, ale také na nastavení nízké úrovně v podmínkách, které ohrožují vyčerpání energetických rezerv.

Termoregulace Je to proces, který zajišťuje schopnost těla udržovat tělesnou teplotu na určité úrovni bez ohledu na okolní teplotu.

Termoregulační centrum může být vzrušeno jak humorně (teplotou krve, která jím protéká), tak reflexně (při podráždění teplými nebo studenými kožními receptory). Excitace termoregulačního centra aktivuje všechny termoregulační mechanismy: intenzitu oxidačních procesů, tonus kosterního svalstva, vazomotorické reakce, sekreci potních žláz, dýchací pohyby. Intenzita oxidačních procesů se může měnit buď prostřednictvím autonomního nervového systému, nebo změnou sekrece hormonů štítné žlázy a dřeně nadledvin. Ke změnám ve svalové práci, vazodilataci nebo vazokonstrikci, sekreci potu, změnám dýchacích pohybů dochází reflexně prostřednictvím vazomotorických, respiračních a pocení center.

Kůra

Střed termoregulace je zase pod kontrolou mozkové kůry. Pokud je zvíře v určitém prostředí vystaveno přehřátí a dochází v něm k odpovídajícím regulačním reakcím, pak mu po určité době samotné prostředí (bez přehřátí) způsobí stejné reakce jako přehřátí. Dochází zde tedy k podmíněné reflexní reakci za účasti mozkové kůry.

Teplotní limity života jsou velmi široké. Spory mnoha bakterií odolávají zahřátí až na 150 ° a některé z nich neztrácejí životaschopnost při teplotách blízkých absolutní nule. Na druhé straně někteří ciliati žijí v horkých pramenech Ischie (Itálie) při teplotě asi 85 ° C. Mnoho zde stále zůstává nedostatečně studováno. Ryby, hmyz a dokonce i savci lze zmrazit a poté jemně rozmrazit. Například kapři byli zmrazeni na 15 ° pod nulou a znovu, postupně hnijící, se vrátili k životu, ale zmrazení alespoň o jeden stupeň pod 15 je již pro zvíře smrtelné. Je však také známo, že když jsou spermie zmrazeny na teplotu blízkou minus 200 ° a jsou při této teplotě skladovány po dlouhou dobu, jejich významná část si zachovává normální životaschopnost a schopnost hnojení.

Na této stránce materiál k tématům:

Tělesná teplota lidí a vyšších zvířat je udržována na relativně konstantní úrovni, a to navzdory kolísání teploty okolí. Tato stálost tělesné teploty se nazývá izotermie.

Izotermie je charakteristická pouze pro tzv homeotermální, nebo teplokrevných zvířat a chybí v poikilotermický, nebo chladnokrevná zvířata, jejichž tělesná teplota je proměnlivá a málo se liší od teploty okolí.

Izotermie v procesu ontogeneze se vyvíjí postupně. U novorozence není schopnost udržovat konstantní tělesnou teplotu zdaleka dokonalá. V důsledku toho může dojít k ochlazení. (podchlazení) nebo přehřátí (hypertermie) tělo při okolních teplotách, které neovlivňují dospělého. Stejně tak i malá svalová práce, jako je dlouhodobý pláč dítěte, může vést ke zvýšení jeho tělesné teploty. Tělo předčasně narozených dětí je ještě méně schopné udržovat stálou tělesnou teplotu, která v nich do značné míry závisí na teplotě prostředí.

K tvorbě tepla dochází v důsledku kontinuálně se vyskytujících exotermických reakcí. Tyto reakce probíhají ve všech orgánech a tkáních, ale s různou intenzitou. Ve tkáních a orgánech, které vykonávají aktivní práci - ve svalové tkáni, játrech, ledvinách - se uvolňuje více tepla než v méně aktivních - pojivová tkáň, kosti, chrupavka.

Ztráta tepla orgány a tkáněmi závisí do značné míry na jejich umístění: povrchově umístěné orgány, jako je kůže, kosterní svaly, vydávají více tepla a ochlazují více než vnitřní orgány, které jsou více chráněny před ochlazením.

Tělesná teplota zdravého člověka je 36,5-36,9 ° C. Odpočinek a spánek se snižuje a svalová aktivita zvyšuje tělesnou teplotu. Maximální teplota je pozorována 16-18 hodin večer, minimální-3-4 hodiny ráno. U pracovníků, kteří pracují na dlouhé noční směny, lze výkyvy teplot zvrátit.

Stálost tělesné teploty u člověka lze udržovat pouze za podmínky rovnosti produkce tepla a tepelné ztráty celého organismu. Toho je dosaženo pomocí fyziologických mechanismů termoregulace. se projevuje v důsledku interakce procesů generování tepla a přenosu tepla, regulovaných neuroendokrinními mechanismy. Termoregulace se obvykle dělí na chemické a fyzikální.

Chemická termoregulace se provádí změnou úrovně výroby tepla, tj. posílení nebo oslabení intenzity metabolismu v buňkách těla a je důležité pro udržování konstantní tělesné teploty jak za normálních podmínek, tak při změně teploty okolí.

Nejintenzivnější tvorba tepla v těle probíhá ve svalech. I když člověk leží nehybně, ale jeho svaly jsou napjaté, intenzita oxidačních procesů a současně tvorba tepla se zvyšuje o 10%. Mírná fyzická aktivita vede ke zvýšení produkce tepla o 50-80%a těžká svalová práce-o 400-500%.

V chladných podmínkách se zvyšuje tvorba tepla ve svalech, i když je člověk nehybný. To je způsobeno skutečností, že ochlazení povrchu těla, působící na receptory, které vnímají podráždění chladem, reflexně vzrušuje náhodné nedobrovolné svalové kontrakce, projevující se formou třesu (zimnice). Současně se výrazně zlepšují metabolické procesy v těle, zvyšuje se spotřeba kyslíku a sacharidů ve svalové tkáni, což znamená zvýšení produkce tepla. I náhodně simulující třepání zvyšuje produkci tepla o 200%. Pokud jsou do těla zavedeny svalové relaxancia - látky, které narušují přenos nervových vzruchů z nervu do svalu a tím eliminují reflexní svalové chvění, i při zvýšení teploty okolí dochází k poklesu tělesné teploty mnohem rychleji.

Játra a ledviny také hrají významnou roli v chemické termoregulaci. Teplota krve jaterní žíly je vyšší než teplota krve jaterní tepny, což naznačuje intenzivní tvorbu tepla v tomto orgánu. Když se tělo ochladí, zvyšuje se produkce tepla v játrech.

K uvolňování energie v těle dochází v důsledku oxidačního rozkladu bílkovin, tuků a sacharidů; proto všechny mechanismy, které regulují oxidační procesy, také regulují tvorbu tepla.

Fyzická termoregulace prováděné změnami v uvolňování tepla tělem. Zvláštní význam získává při udržování stálosti tělesné teploty během pobytu těla v podmínkách zvýšené okolní teploty.

Přenos tepla se provádí pomocí tepelné záření (přenos sálavého tepla), nebo proudění, ty. pohyb a pohyb ohřátého vzduchu, vedení tepla, ty. přenos tepla na látky v přímém kontaktu s povrchem těla, a odpařování vody z povrchu kůže a plic.

U lidí jsou za normálních podmínek tepelné ztráty tepelným vedením malé, protože vzduch a oděv jsou špatnými vodiči tepla. Záření, odpařování a konvekce se vyskytují s různou intenzitou v závislosti na okolní teplotě. U člověka v klidu při teplotě vzduchu asi 20 ° C a celkovém přenosu tepla 419 kJ (100 kcal) za hodinu se 66% ztratí pomocí záření, v důsledku odpařování vody - 19%, konvekce - 15 % z celkové tepelné ztráty tělem ... Když okolní teplota stoupne na 35 ° C, přestane být přenos tepla pomocí záření a konvekce nemožný a tělesná teplota se udržuje na konstantní úrovni pouze odpařováním vody z povrchu kůže a plicních sklípků.

Oblečení snižuje přenos tepla. Tepelné ztrátě brání vrstva nehybného vzduchu, která je mezi oblečením a pokožkou, protože vzduch je špatným vodičem tepla. Tepelně izolační vlastnosti oděvu jsou tím vyšší, čím jemnější je buněčnost jeho struktury, která obsahuje vzduch. To vysvětluje dobré tepelně izolační vlastnosti vlněného a kožešinového oděvu. Teplota vzduchu pod oblečením je 30 ° C. Nahé tělo naopak ztrácí teplo, protože vzduch na jeho povrchu se neustále mění. Teplota kůže exponovaných částí těla je proto mnohem nižší než u oděvných částí.

V chladu se cévy kůže, hlavně arterioly, stáhnou: do cév břišní dutiny se dostává více krve, a tím je omezen přenos tepla. Povrchové vrstvy kůže, přijímající méně teplou krev, vyzařují méně tepla - přenos tepla je snížen. Při silném ochlazení pokožky se navíc otevírají arteriovenózní anastomózy, což snižuje množství krve vstupující do kapilár, a tím brání přenosu tepla.

Redistribuce krve, ke které dochází za studena - snížení množství krve cirkulující povrchovými cévami a zvýšení množství krve procházející cévami vnitřních orgánů - přispívá k uchování tepla ve vnitřních orgánech .

Když stoupne okolní teplota, rozšíří se kožní cévy a zvýší se množství krve, která v nich cirkuluje. Objem cirkulující krve v celém těle se také zvyšuje v důsledku přenosu vody z tkání do krevních cév a také proto, že slezina a další krevní sklady vrhají další krev do obecného krevního oběhu. Zvýšení množství krve cirkulující cévami povrchu těla podporuje přenos tepla pomocí záření a konvekce.

Pro udržení konstantní tělesné teploty při vysoké teplotě okolí má primární význam odpařování potu z povrchu kůže, které závisí na relativní vlhkosti vzduchu. Ve vzduchu nasyceném vodní párou se voda nemůže odpařit. Proto je při vysoké atmosférické vlhkosti vysoké teploty obtížnější snášet než při nízké vlhkosti. Na vzduchu nasyceném vodní párou (například v lázni) se pot uvolňuje ve velkém množství, ale neodpařuje se a stéká z kůže. Takové pocení nepřispívá k uvolňování tepla: pro přenos tepla je důležitá pouze ta část potu, která se odpařuje z povrchu kůže (tato část potu se nazývá účinné pocení).

Šaty nepropustné pro vzduch (guma atd.), Které zabraňují odpařování potu, jsou špatně snášeny: vrstva vzduchu mezi oblečením a tělem je rychle nasycena výpary a další odpařování potu se zastaví.

Člověk netoleruje relativně nízkou okolní teplotu (32 ° C) ve vlhkém vzduchu. Na zcela suchém vzduchu může člověk zůstat bez znatelného přehřátí po dobu 2-3 hodin při teplotě 50-55 ° C.

Protože část vody je odpařována plícemi ve formě par, které nasycují vydechovaný vzduch, dýchání se také podílí na udržování tělesné teploty na konstantní úrovni. Při vysokých okolních teplotách je dýchací centrum reflexně vzrušeno, při nízkých teplotách je inhibováno, dýchání se stává méně hlubokým.

Stálost tělesné teploty je tedy udržována společným působením mechanismů, které regulují intenzitu metabolismu a generování tepla, které na něm závisí (chemická regulace tepla), a na druhé straně mechanismy, které regulovat přenos tepla (fyzikální regulace tepla) (obrázek 9.10) ...

Rýže. 9.10.

Izotermická regulace. Regulační reakce, které udržují konstantní tělesnou teplotu, jsou komplexní reflexní činnosti, ke kterým dochází v reakci na teplotní podráždění receptorů kůže, kůže a podkožních cév, jakož i samotného centrálního nervového systému. Tyto receptory, které cítí chlad a teplo, se nazývají termoreceptory. Při relativně konstantní teplotě okolí jsou z receptorů v centrálním nervovém systému přijímány rytmické impulsy, které odrážejí jejich tonickou aktivitu. Frekvence těchto impulzů je maximální pro studené receptory kůže a kožních cév při teplotě 20-30 ° C a pro receptory tepla pro kůži-při teplotě 38-43 ° C. S prudkým ochlazením kůže se frekvence impulzů v chladných receptorech zvyšuje a s rychlým oteplováním se snižuje nebo se zastavuje. Tepelné receptory reagují na stejné teplotní poklesy přesně opačně. Tepelné a studené receptory centrálního nervového systému reagují na změny teploty krve proudící do nervových center (centrální termoreceptory). Většinu tepla generují kosterní svaly a vnitřní orgány, které tvoří jádro, a kůže vytváří skořápku zaměřenou na ukládání nebo odvádění tepla z těla (obrázek 9.11).

Rýže. 9.11.

Hypotalamus obsahuje to hlavní termoregulační centra, které koordinují četné a složité procesy zajišťující udržování tělesné teploty na konstantní úrovni. To dokazuje skutečnost, že destrukce hypotalamu s sebou nese ztrátu schopnosti regulovat tělesnou teplotu a činí zvíře poikilotermickým, zatímco odstranění mozkové kůry, striata a zrakových kopců nijak výrazně neovlivňuje procesy výroby tepla a přenos tepla.

Při provádění hypotalamické regulace tělesné teploty jsou zapojeny endokrinní žlázy, hlavně štítná žláza a nadledviny.

Účast štítné žlázy na termoregulaci dokazuje skutečnost, že zavedení krevního séra jiného zvířete, které bylo dlouhodobě v chladu, do krve zvířete, způsobí zvýšení metabolismu u prvního zvířete. Tento účinek je pozorován pouze tehdy, když je štítná žláza zachována u druhého zvířete. Je zřejmé, že při pobytu v chladicích podmínkách dochází ke zvýšenému uvolňování hormonu štítné žlázy do krve, což zvyšuje metabolismus a v důsledku toho tvorbu tepla.

Účast nadledvin na termoregulaci je způsobena uvolňováním adrenalinu do krevního oběhu, což zvyšuje oxidační procesy v tkáních, zejména ve svalech, zvyšuje tvorbu tepla a zužuje kožní cévy, čímž se snižuje přenos tepla. Proto může adrenalin způsobit zvýšení tělesné teploty ( adrenalinová hypertermie).

Podchlazení a hypertermie. Pokud je člověk po dlouhou dobu v podmínkách výrazně zvýšené nebo snížené teploty okolí, pak mechanismy fyzikální a chemické termoregulace tepla, kvůli nimž je za normálních podmínek udržována stálost tělesné teploty, mohou být nedostatečné: hypotermie těla dochází - podchlazení nebo přehřátí - hypertermie.

Podchlazení - stav, při kterém tělesná teplota klesne pod 35 ° C. K podchlazení dochází nejrychleji při ponoření do studené vody. V tomto případě je nejprve pozorována excitace sympatického nervového systému, přenos tepla je reflexně omezen a produkce tepla je zvýšena. To druhé usnadňuje svalová kontrakce - svalový třes. Po nějaké době začne tělesná teplota stále klesat. V tomto případě je pozorován stav podobný anestezii: vymizení citlivosti, oslabení reflexních reakcí, snížení excitability nervových center. Intenzita metabolismu prudce klesá, dech se zpomaluje, srdeční kontrakce se snižují, srdeční výdej se snižuje, krevní tlak klesá (při tělesné teplotě 24-25 ° C to může být 15-20% původního).

V posledních letech se na chirurgických klinikách provádějících operace srdce a centrální nervové soustavy používá uměle vytvořená hypotermie s ochlazením těla na 24–28 ° C. Smyslem tohoto opatření je, že podchlazení výrazně snižuje metabolismus mozku a v důsledku toho i potřebu tohoto orgánu pro kyslík. Díky tomu je možné delší vykrvácení mozku (místo 3–5 minut za normálních teplot až 15–20 minut při 25–28 ° C), což znamená, že při podchlazení mohou pacienti snáze snášet dočasné vypnutí srdeční činnosti a zástavy dechu.

Kryoterapie se používá také u některých dalších onemocnění.

Hypertermie - stav, kdy tělesná teplota stoupne nad 37 ° C. Vyskytuje se při dlouhodobém vystavení vysokým okolním teplotám, zejména ve vlhkém vzduchu, a proto málo účinnému pocení. Hypertermie může také nastat pod vlivem některých endogenních faktorů, které zvyšují produkci tepla v těle (tyroxin, mastné kyseliny atd.). Ostrá hypertermie, při které tělesná teplota dosahuje 40-41 ° C, je doprovázena závažným celkovým stavem těla a nazývá se úpal.

Taková změna teploty by měla být odlišena od hypertermie, pokud nejsou změněny vnější podmínky, ale samotný proces termoregulace je narušen. Příkladem takové poruchy je infekční horečka. Jedním z důvodů jeho výskytu je vysoká citlivost hypotalamických center regulace výměny tepla na některé chemické sloučeniny, zejména na bakteriální toxiny.

Rovnováha faktorů odpovědných za produkci tepla a přenos tepla je tedy hlavním mechanismem termoregulace.

Otázky a úkoly

• 1. Jaká je role proteinů v těle? Jaká je podstata regulace metabolismu bílkovin?
• 2. Jaká je role sacharidů v těle? Jaká je podstata regulace metabolismu sacharidů?
• 3. Jaká je role tuků v těle? Co je podstatou regulace metabolismu tuků?
• 4. Jaký je význam vitamínů v lidském životě?
• 5. Význam fyzikální a chemické termoregulace v těle. Vysvětlete odpověď.
• 6. V posledních letech se na chirurgických klinikách provádějících operace srdce a centrálního nervového systému v praxi využívá uměle vytvořená hypotermie s ochlazením těla na 24-28 ° C. Jaký je smysl této akce?