Mecanisme de termoreglare umană. Mecanisme de termoreglare. Mecanismul termoreglării corpului uman Care sunt principalele mecanisme de termoreglare a corpului uman Schema de termoreglare umană

A. Viața umană poate avea loc numai într-un interval îngust de temperatură.

Temperatura are un efect semnificativ asupra procesului vieții în corpul uman și asupra activității sale fiziologice. Procesele de viață sunt limitate de o gamă îngustă de temperatură a mediului intern în care pot apărea principalele reacții enzimatice. Pentru o persoană, o scădere a temperaturii corpului sub 25 ° C și o creștere peste 43 ° C este de obicei fatală. Celulele nervoase sunt deosebit de sensibile la schimbările de temperatură.

Căldură provoacă transpirații intense, ceea ce duce la deshidratarea organismului, pierderea sărurilor minerale și a vitaminelor solubile în apă. Consecința acestor procese este îngroșarea sângelui, alterarea metabolismului sării, secreția gastrică și dezvoltarea deficitului de vitamine. Pierderea admisibilă în greutate prin evaporare este de 2-3%. Cu o pierdere în greutate de 6% din cauza evaporării, activitatea mentală este afectată, iar cu 15-20% din pierderea în greutate, apare moartea. Acțiunea sistematică a temperaturii ridicate determină modificări ale sistemului cardiovascular: creșterea ritmului cardiac, modificări ale tensiunii arteriale, slăbirea capacității funcționale a inimii. Expunerea prelungită la temperaturi ridicate duce la acumularea de căldură în organism, în timp ce temperatura corpului poate crește la 38-41 ° C și poate avea loc insolatie cu pierderea cunoștinței.

Temperaturi scăzute pot fi cauzele răcirii și hipotermiei corpului. Odată cu răcirea în corp, transferul de căldură scade reflexiv și crește producția de căldură. O scădere a transferului de căldură are loc din cauza spasmului (îngustarea) vaselor de sânge, a creșterii rezistenței termice a țesuturilor corpului. Expunerea prelungită la temperaturi scăzute duce la spasm vascular persistent, malnutriție tisulară. O creștere a producției de căldură în timpul răcirii se realizează prin efortul proceselor metabolice oxidative din organism (o scădere a temperaturii corpului cu 1 ° C este însoțită de o creștere a proceselor metabolice cu 10 ° C). Expunerea la temperaturi scăzute este însoțită de o creștere a tensiunii arteriale, a volumului inspirator și a scăderii frecvenței respiratorii. Răcirea corpului modifică metabolismul glucidic. Răcirea mare este însoțită de o scădere a temperaturii corpului, suprimarea funcțiilor organelor și sistemelor corpului.

B. Nucleul și învelișul exterior al corpului.

Din punct de vedere al termoreglării, corpul uman poate fi reprezentat ca fiind format din două componente - externe coajăși intern miezuri.

Miezul este o parte a corpului care are o temperatură constantă (organele interne) și coajă- o parte a corpului în care există un gradient de temperatură (acestea sunt țesuturi ale stratului superficial al corpului cu o grosime de 2,5 cm). Schimbul de căldură între miez și mediu are loc prin înveliș, adică schimbările în conductivitatea termică a învelișului determină constanța temperaturii miezului. Conductivitatea termică se modifică datorită modificărilor în alimentarea cu sânge și umplerea sângelui a țesuturilor membranei.

Temperatura diferitelor părți ale miezului este diferită. De exemplu, în ficat: 37,8-38,0 ° C, în creier: 36,9-37,8 ° C În general, temperatura de bază a corpului uman este 37,0 ° C. Acest lucru se realizează prin procesele de termoreglare endogenă, al căror rezultat este un echilibru stabil între cantitatea de căldură produsă în corp pe unitatea de timp ( produse termice) și cantitatea de căldură disipată de corp în același timp în mediu ( transfer de căldură).

Temperatura pielii umane în diferite zone variază de la 24,4 ° С la 34,4 ° С. Cea mai scăzută temperatură se observă pe degetele de la picioare, cea mai ridicată în axilă. Pe baza măsurării temperaturii la subsuoară se evaluează de obicei temperatura corpului la un moment dat.

Conform datelor medii, temperatura medie a pielii unei persoane goale într-o temperatură confortabilă a aerului este de 33-34 ° C. Există fluctuații zilnice ale temperaturii corpului. Amplitudinea vibrațiilor poate atinge 1 ° С. Temperatura corpului este minimă în orele dinaintea dimineții (3-4 ore) și maximă în timpul zilei (16-18 ore).

Este cunoscut și fenomenul asimetriei de temperatură. Se observă în aproximativ 54% din cazuri, iar temperatura în axila stângă este ușor mai mare decât în ​​dreapta. Asimetria este posibilă și în alte zone ale pielii, iar severitatea asimetriei mai mari de 0,5 ° C indică patologie.

B. Transferul de căldură. Echilibrul generării de căldură și al transferului de căldură în corpul uman.

Procesele vieții umane sunt însoțite de generarea continuă de căldură în corpul său și de eliberarea căldurii generate în mediu. Schimbul de energie termică între corp și mediu se numește p schimb de caldura. Producția de căldură și transferul de căldură se datorează activității sistemului nervos central, care reglează metabolismul, circulația sângelui, transpirația și activitatea mușchilor scheletici.

Corpul uman este un sistem de autoreglare cu o sursă internă de căldură, în care, în condiții normale, producția de căldură (cantitatea de căldură generată) este egală cu cantitatea de căldură dată mediului extern (transfer de căldură). Se numește constanța temperaturii corpului izotermă... Asigură independența proceselor metabolice din țesuturi și organe de fluctuațiile temperaturii ambiante.

Temperatura internă a corpului uman este constantă (36,5-37 ° C) datorită reglării intensității producției de căldură și a transferului de căldură în funcție de temperatura mediului extern. Și temperatura pielii umane sub influența condițiilor externe poate varia într-un interval relativ larg.

În corpul uman, în 1 oră, se generează câtă căldură este necesară pentru a fierbe 1 litru de apă cu gheață. Și dacă corpul ar fi un caz impermeabil la căldură, atunci într-o oră temperatura corpului ar crește cu aproximativ 1,5 ° C, iar în 40 de ore ar atinge punctul de fierbere al apei. În timpul muncii fizice grele, generarea de căldură crește de mai multe ori. Cu toate acestea, temperatura corpului nostru nu se schimbă. De ce? Este vorba despre echilibrarea proceselor de formare și eliberare a căldurii în organism.

Factorul principal care determină nivelul echilibrului termic este temperatura ambientala. Când se abate de la zona confortabilă din corp, se stabilește un nou nivel de echilibru termic, oferind izotermă în noi condiții de mediu. Această constanță a temperaturii corpului este asigurată de mecanism termoreglare, inclusiv procesul de generare a căldurii și procesul de eliberare a căldurii, care sunt reglementate de calea neuro-endocrină.

D. Conceptul de termoreglare a corpului.

Termoreglare- Acesta este un set de procese fiziologice menite să mențină constanța relativă a temperaturii nucleului corpului în condiții de schimbări ale temperaturii mediului prin reglarea producției de căldură și a transferului de căldură. Termoreglarea are ca scop prevenirea tulburărilor din echilibrul termic al corpului sau restabilirea acestuia, dacă astfel de tulburări au apărut deja și se desfășoară într-un mod neuro-umoral.

Se acceptă în general că termoreglarea este caracteristică numai animalelor homeoterme (acestea includ mamifere (inclusiv oameni) și păsări), al căror corp are capacitatea de a menține temperatura regiunilor interne ale corpului la un nivel relativ constant și suficient de ridicat. (aproximativ 37-38 ° C la mamifere și 40-42 ° C la păsări) indiferent de modificările temperaturii ambiante.

Mecanismul de termoreglare poate fi reprezentat ca un sistem de autoguvernare cibernetic cu feedback. Fluctuațiile de temperatură din aerul înconjurător acționează asupra formațiunilor speciale ale receptorilor ( termoreceptoare), sensibil la schimbările de temperatură. Termoreceptorii transmit informații despre starea termică a organului către centrele de termoreglare, la rândul lor, centrele de termoreglare prin fibre nervoase, hormoni și alte substanțe biologic active modifică nivelul de transfer de căldură și producția de căldură a oricărei părți ale corpului (termoreglare locală) sau corpul în ansamblu. Când centrele de termoreglare sunt oprite de substanțe chimice speciale, corpul își pierde capacitatea de a menține o temperatură constantă. În ultimii ani, această caracteristică a fost utilizată în medicină pentru răcirea artificială a corpului în timpul operațiilor chirurgicale complexe pe inimă.

Termoreceptoare cutanate.

Se estimează că oamenii au aproximativ 150.000 de receptori la rece și 16.000 de receptori de căldură care răspund la modificările temperaturii organelor interne. Termoreceptorii sunt localizați în piele, viscere, căile respiratorii, mușchii scheletici și sistemul nervos central.

Termoreceptorii pielii se adaptează rapid și reacționează nu atât la temperatura în sine, cât la modificările acesteia. Numărul maxim de receptori este situat în regiunea capului și gâtului, minim - pe extremități.

Receptorii reci sunt mai puțin sensibili și pragul lor de sensibilitate este de 0,012 ° C (când sunt răcite). Pragul de sensibilitate al receptorilor de căldură este mai mare și se ridică la 0,007 ° C. Acest lucru se datorează probabil pericolului mai mare de supraîncălzire a corpului.

D. Tipuri de termoreglare.

Termoreglarea poate fi împărțită în două tipuri principale:

1. Termoreglare fizică:

Evaporare (transpirație);

Radiații (radiații);

Convecție.

2. Termoreglare chimică.

Termogeneza contractilă;

Termogeneza necontractilă.

Termoreglare fizică(un proces care îndepărtează căldura din corp) - asigură păstrarea constanței temperaturii corpului datorită modificărilor eliberării de căldură de către organism prin conducerea prin piele (conducere și convecție), radiații (radiații) și evaporarea apei . Revenirea căldurii generate în mod constant în organism este reglată de modificări ale conductivității termice a pielii, a stratului de grăsime subcutanat și a epidermei. Transferul de căldură este reglementat în mare măsură de dinamica circulației sângelui în țesuturile conductoare și izolatoare de căldură. Odată cu creșterea temperaturii ambiante, evaporarea începe să domine în transferul de căldură.

Conducerea, convecția și radiația sunt căi de transfer pasiv de căldură bazate pe legile fizicii. Sunt eficiente numai atunci când mențin un gradient de temperatură pozitiv. Cu cât diferența de temperatură dintre corp și mediu este mai mică, cu atât se degajă mai puțină căldură. Cu aceiași indicatori sau la o temperatură ambiantă ridicată, căile menționate nu sunt doar ineficiente, dar în același timp corpul este și încălzit. În aceste condiții, un singur mecanism de eliberare a căldurii este declanșat în corp - transpirația.

La temperaturi ambientale scăzute (15 ° C și mai puțin), aproximativ 90% din transferul zilnic de căldură are loc din cauza conducerii căldurii și a radiației de căldură. În aceste condiții, nu apare transpirație vizibilă. La o temperatură a aerului de 18-22 ° C, transferul de căldură datorită conductivității termice și radiației de căldură scade, dar pierderea de căldură de către organism crește prin evaporarea umezelii de pe suprafața pielii. Când temperatura ambiantă crește la 35 ° C, transferul de căldură prin radiație și convecție devine imposibil, iar temperatura corpului este menținută la un nivel constant numai prin evaporarea apei de pe suprafața pielii și alveolele plămânilor. Cu o umiditate ridicată a aerului, atunci când evaporarea apei este dificilă, poate apărea supraîncălzirea corpului și poate apărea insolatie.

O persoană în repaus la o temperatură a aerului de aproximativ 20 ° C și un transfer total de căldură de 419 kJ (100 kcal) pe oră, cu ajutorul radiației se pierde 66%, evaporarea apei - 19%, convecție - 15% din pierderea totală de căldură de către organism.

Termoreglare chimică(un proces care asigură formarea căldurii în organism) - se realizează prin metabolism și prin producția de căldură a țesuturilor precum mușchii, precum și a ficatului, a grăsimii brune, adică prin modificarea nivelului de producție a căldurii - prin creșterea sau slăbirea intensității metabolismului în celulele corpului. Când materia organică este oxidată, se eliberează energie. O parte din energie se îndreaptă către sinteza ATP (adenozin trifosfatul este un nucleotid care joacă un rol extrem de important în metabolismul energiei și al substanțelor din organism). Această energie potențială poate fi utilizată de organism în activitatea sa ulterioară. Toate țesuturile sunt sursa de căldură din organism. Sângele curge prin țesuturi și se încălzește. O creștere a temperaturii ambientale determină o scădere reflexă a metabolismului, ca urmare a căreia scade generarea de căldură în organism. Odată cu scăderea temperaturii ambiante, intensitatea proceselor metabolice crește reflex și crește generarea de căldură.

Activarea termoreglării chimice are loc atunci când termoreglarea fizică este insuficientă pentru a menține o temperatură corporală constantă.

Să luăm în considerare aceste tipuri de termoreglare.

Termoreglare fizică:

Sub termoreglare fizică să înțeleagă totalitatea proceselor fiziologice care duc la o schimbare a nivelului de transfer de căldură. Există următoarele modalități de a transfera căldura din corp în mediu:

Evaporare (transpirație);

Radiații (radiații);

Conducerea căldurii (conducție);

Convecție.

Să le luăm în considerare mai detaliat:

1. Evaporare (transpirație):

Evaporare (transpirație) este eliberarea de energie termică în mediu datorită evaporării transpirației sau umezelii de pe suprafața pielii și a mucoaselor căilor respiratorii. La om, transpirația este secretată constant de glandele sudoripare ale pielii („palpabile” sau glandulare, pierderea apei), membranele mucoase ale căilor respiratorii sunt umezite (pierderea „imperceptibilă” a apei). În același timp, pierderea „tangibilă” de apă de către organism are un efect mai semnificativ asupra cantității totale de căldură degajată prin evaporare decât cea „imperceptibilă”.

La o temperatură ambiantă de aproximativ 20 ° C, evaporarea umezelii este de aproximativ 36 g / h. Deoarece o persoană cheltuie 0,58 kcal de energie termică pentru evaporarea a 1 g de apă, este ușor să calculăm că prin evaporare, corpul unui adult eliberează aproximativ 20% din toată căldura disipată în mediu în aceste condiții. O creștere a temperaturii externe, performanța muncii fizice, șederea prelungită în îmbrăcămintea termoizolantă mărește transpirația și poate crește la 500-2.000 g / h.

O persoană nu tolerează o temperatură ambiantă relativ scăzută (32 ° C) în aerul umed. În aer complet uscat, o persoană poate sta fără o supraîncălzire vizibilă timp de 2-3 ore la o temperatură de 50-55 ° C. Hainele impermeabile la aer (cauciuc, dense etc.), care împiedică evaporarea transpirației, sunt, de asemenea, slab tolerate: stratul de aer dintre haine și corp este saturat rapid de vapori și evaporarea ulterioară a transpirației se oprește.

Procesul de transfer de căldură cu ajutorul evaporării, deși este doar una dintre metodele de termoreglare, are un avantaj excepțional - dacă temperatura externă depășește temperatura medie a pielii, atunci corpul nu poate emite căldură mediului extern prin alte metode de termoreglare (radiații, convecție și conducție), pe care le vom discuta mai jos. În aceste condiții, corpul începe să absoarbă căldura din exterior, iar singura modalitate de a disipa căldura este de a crește evaporarea umezelii de la suprafața corpului. O astfel de evaporare este posibilă atât timp cât umiditatea aerului ambiant rămâne sub 100%. Cu transpirație intensă, umiditate ridicată și viteză mică de mișcare a aerului, atunci când picăturile de transpirație, neavând timp să se evapore, să se contopească și să se scurgă de pe suprafața corpului, transferul de căldură prin evaporare devine mai puțin eficient.

Când transpirația se evaporă, corpul nostru renunță la energie. De fapt, datorită energiei corpului nostru, moleculele de lichid (adică transpirația) rup legăturile moleculare și trec de la starea lichidă la cea gazoasă. Energia este cheltuită pentru ruperea legăturilor și, ca rezultat, temperatura corpului scade. Frigiderul funcționează la fel. El reușește să mențină temperatura în interiorul camerei mult mai scăzută decât temperatura ambiantă. El face asta datorită energiei electrice consumate. Și facem acest lucru folosind energia obținută din defalcarea alimentelor.

Controlul selecției hainelor poate ajuta la reducerea pierderilor de căldură din evaporare. Îmbrăcămintea trebuie selectată în funcție de condițiile meteorologice și de activitatea curentă. Nu fi leneș să scoți haine în exces atunci când încărcătura crește. Vei transpira mai puțin. Și nu fi leneș să-l îmbraci din nou când se opresc încărcăturile. Îndepărtați protecția împotriva umezelii și a vântului dacă nu plouă cu vânt, altfel hainele vi se vor uda din interior, din transpirație. Și, în contact cu hainele umede, pierdem și căldura prin conductivitate termică. Apa conduce căldura de 25 de ori mai bine decât aerul. Aceasta înseamnă că în hainele umede pierdem căldura de 25 de ori mai repede. Acesta este motivul pentru care este important să vă păstrați hainele uscate.

Evaporarea este împărțită în 2 tipuri:

dar) Transpirație imperceptibilă(fără participarea glandelor sudoripare) este evaporarea apei de la suprafața plămânilor, a mucoaselor căilor respiratorii și a apei care se scurge prin epiteliul pielii (evaporarea de la suprafața pielii are loc chiar dacă pielea este uscată ).

Până la 400 ml de apă se evaporă pe căile respiratorii pe zi, adică corpul pierde până la 232 kcal pe zi. Dacă este necesar, această valoare poate fi mărită din cauza dispneei termice. În medie, aproximativ 240 ml de apă se scurg prin epidermă pe zi. Prin urmare, în acest fel, corpul pierde până la 139 kcal pe zi. Această valoare, de regulă, nu depinde de procesele de reglementare și de diferiți factori de mediu.

b) Transpirație percepută(cu participarea activă a glandelor sudoripare) - este eliberarea căldurii prin evaporarea transpirației. În medie, se eliberează 400-500 ml de transpirație pe zi la o temperatură confortabilă a mediului, prin urmare, se degajă până la 300 kcal de energie. Evaporarea a 1 litru de sudoare la o persoană care cântărește 75 kg poate reduce temperatura corpului cu 10 ° C. Cu toate acestea, dacă este necesar, volumul transpirației poate crește la 12 litri pe zi, adică prin transpirație, puteți pierde până la 7.000 kcal pe zi.

Eficiența evaporării depinde în mare măsură de mediu: cu cât temperatura este mai ridicată și umiditatea este mai mică, cu atât este mai mare eficiența transpirației ca mecanism de transfer de căldură. Evaporarea nu este posibilă la umiditate de 100%. Cu umiditate atmosferică ridicată, temperaturile ridicate sunt mai greu de tolerat decât cu umiditate scăzută. În aerul saturat cu vapori de apă (de exemplu, într-o baie), transpirația este eliberată în cantități mari, dar nu se evaporă și curge de pe piele. Această transpirație nu contribuie la eliberarea căldurii: doar acea parte a transpirației care se evaporă de pe suprafața pielii este importantă pentru transferul de căldură (această parte a transpirației este o transpirație eficientă).

2. Radiații (radiații):

Radiații (radiații) este o metodă de transfer a căldurii în mediu de către suprafața corpului uman sub formă de unde electromagnetice în domeniul infraroșu (a = 5-20 microni). Datorită radiației, toate obiectele a căror temperatură este peste zero absolut degajă energie. Radiația electromagnetică trece liber printr-un vid, aerul atmosferic poate fi, de asemenea, considerat „transparent” pentru acesta.

După cum știți, orice obiect care este încălzit peste temperatura ambiantă emite căldură. Toată lumea a simțit-o așezată lângă foc. Un foc de ardere radiază căldură și încălzește obiecte în jurul său. În acest caz, focul își pierde căldura.

Corpul uman începe să radieze căldură de îndată ce temperatura ambiantă scade sub temperatura suprafeței pielii. Pentru a preveni pierderea de căldură prin radiații, trebuie să protejați zonele expuse ale corpului. Acest lucru se face cu îmbrăcăminte. Astfel, creăm un strat de aer în haine între piele și mediu. Temperatura acestui strat va fi egală cu temperatura corpului și pierderea de căldură prin radiație va scădea. De ce pierderea de căldură nu se oprește deloc? Pentru că acum hainele încălzite vor radia căldură, pierzându-l. Și, chiar și îmbrăcând încă un strat de îmbrăcăminte, nu veți opri radiația.

Cantitatea de căldură disipată de corp în mediul înconjurător prin radiații este proporțională cu suprafața radiației (aria suprafeței corpului care nu este acoperită de îmbrăcăminte) și diferența dintre temperaturile medii ale pielii și mediu inconjurator. La o temperatură ambiantă de 20 ° C și o umiditate relativă a aerului de 40-60%, corpul unui adult disipă prin radiații aproximativ 40-50% din căldura totală degajată. Dacă temperatura ambiantă depășește temperatura medie a pielii, corpul uman, absorbind razele infraroșii emise de obiectele din jur, se încălzește.

Transferul de căldură prin radiație crește odată cu scăderea temperaturii ambientale și scade odată cu creșterea temperaturii. În condiții de temperatură ambiantă constantă, radiația de pe suprafața corpului crește odată cu creșterea temperaturii pielii și scade odată cu scăderea temperaturii pielii. Dacă temperaturile medii ale suprafeței pielii și ale mediului se egalizează (diferența de temperatură devine egală cu zero), atunci eliberarea de căldură prin radiații devine imposibilă.

Este posibil să se reducă transferul de căldură al corpului prin radiații prin reducerea suprafeței radiației - schimbarea poziției corpului... De exemplu, atunci când un câine sau o pisică este rece, se îndoaie într-o minge, reducând astfel suprafața de transfer de căldură; când este cald, animalele, dimpotrivă, își asumă o poziție în care suprafața de transfer de căldură este maximizată. O persoană nu este privată de această metodă de termoreglare fizică, care se „curbează într-o minge” în timp ce doarme într-o cameră rece.

3. Conducerea căldurii (conducție):

Conducerea căldurii (conducție)- Acesta este un mod de a transfera căldura, care are loc la contactul, contactul corpului uman cu alte corpuri fizice. Cantitatea de căldură emisă de corp către mediu prin această metodă este proporțională cu diferența dintre temperaturile medii ale corpurilor de contact, aria suprafețelor de contact, timpul de contact termic și conductivitatea termică a contactului corp.

Pierderea de căldură prin conductivitate termică are loc atunci când există contact direct cu un obiect rece. În acest moment, corpul nostru degajă căldura. Rata pierderii de căldură depinde în mare măsură de conductivitatea termică a obiectului cu care intrăm în contact. De exemplu, conductivitatea termică a pietrei este de 10 ori mai mare decât cea a lemnului. Prin urmare, stând pe o piatră, vom pierde căldura mult mai repede. Probabil ați observat că așezarea pe o piatră este cumva mai rece decât a sta pe o bușteni.

Decizie? Izolați-vă corpul de obiecte reci folosind conductori de căldură slabi. Mai simplu spus, de exemplu, dacă călătoriți în munți, atunci când vă mulțumiți pentru o oprire, stați pe un covor turistic sau pe un rulou de haine. Asigurați-vă că așezați pe timp de noapte un covor de călătorie potrivit vremii sub sacul de dormit. Sau, în ultimă instanță, un strat gros de iarbă uscată sau ace. Pământul conduce bine (și, prin urmare, „îndepărtează”) căldura și se răcește mult noaptea. Iarna, nu manipulați obiecte metalice cu mâinile goale. Folosiți mănuși. În înghețurile severe, degerăturile locale pot fi obținute din obiecte metalice.

Aerul uscat, țesutul adipos se caracterizează printr-o conductivitate termică scăzută și sunt izolatori de căldură (conductori de căldură slabi). Îmbrăcămintea reduce transferul de căldură. Pierderea de căldură este prevenită de stratul de aer liniștit care se află între îmbrăcăminte și piele. Proprietățile izolante ale îmbrăcămintei sunt cu atât mai mari, cu cât celularitatea structurii sale este mai fină, care conține aer. Acest lucru explică proprietățile bune de izolare termică ale îmbrăcămintei din lână și blană, ceea ce face posibilă reducerea disipării căldurii de către corpul uman prin intermediul conducției termice. Temperatura aerului sub îmbrăcăminte atinge 30 ° C. În schimb, un corp gol pierde căldură, deoarece aerul de pe suprafața sa se schimbă constant. Prin urmare, temperatura pielii părților expuse ale corpului este mult mai mică decât cea a părților îmbrăcate.

Aerul umed saturat cu vapori de apă se caracterizează printr-o conductivitate termică ridicată. Prin urmare, șederea unei persoane într-un mediu cu umiditate ridicată la o temperatură scăzută este însoțită de pierderi crescute de căldură în organism. Îmbrăcămintea umedă își pierde și proprietățile de izolare termică.

4. Convecție:

Convecție- Aceasta este o metodă de transfer de căldură din corp, realizată prin transferul de căldură prin particulele de aer (apă) în mișcare. Pentru disiparea căldurii prin convecție, este necesar un flux de aer în jurul suprafeței corpului cu o temperatură mai mică decât temperatura pielii. În același timp, stratul de aer în contact cu pielea se încălzește, îi reduce densitatea, crește și este înlocuit cu aer mai rece și mai dens. În condițiile în care temperatura aerului este de 20 ° C, iar umiditatea relativă este de 40-60%, corpul unui adult disipă aproximativ 25-30% din căldură în mediu prin conducerea și convecția căldurii (convecție de bază). Odată cu creșterea vitezei de mișcare a fluxurilor de aer (vânt, ventilație), intensitatea transferului de căldură (convecție forțată) crește, de asemenea, semnificativ.

Esența procesului de convecție este următoarea- corpul nostru încălzește aerul din apropierea pielii; aerul încălzit devine mai ușor decât aerul rece și crește și este înlocuit cu aer rece, care se încălzește din nou, devine mai ușor și este deplasat de următoarea porție de aer rece. Dacă aerul încălzit nu este captat cu ajutorul hainelor, atunci acest proces va fi nesfârșit. De fapt, nu hainele ne încălzesc, ci aerul pe care îl reține.

Când bate vântul, situația se înrăutățește. Vântul transportă porțiuni uriașe de aer neîncălzit. Chiar și atunci când purtăm un pulover cald, vântul nu costă nimic pentru a expulza aerul cald din el. La fel se întâmplă și când ne mișcăm. Corpul nostru „se prăbușește” în aer și curge în jurul nostru, acționând ca vântul. Acest lucru înmulțește și pierderea de căldură.

Care este soluția? Purtați un jachetă: jachetă și pantaloni antivent. Nu uitați de protecția gâtului și a capului. Datorită circulației active a sângelui în creier, gâtul și capul sunt cele mai încălzite părți ale corpului, astfel încât pierderea de căldură din ele este foarte mare. De asemenea, pe vreme rece, este necesar să evitați locurile explozive atât în ​​timp ce conduceți, cât și atunci când alegeți un loc de dormit.

Termoreglare chimică:

Termoreglare chimică generarea de căldură se efectuează datorită modificărilor nivelului de metabolism (procese oxidative) cauzate de microvibrația mușchilor (vibrații), ceea ce duce la o schimbare a formării căldurii în organism.

Sursa de căldură din organism sunt reacțiile exoterme de oxidare a proteinelor, grăsimilor, carbohidraților, precum și hidroliza ATP (adenozin trifosfatul este un nucleotid care joacă un rol extrem de important în metabolismul energiei și al substanțelor din organism; toate acestea, acest compus este cunoscut ca o sursă universală de energie pentru toate procesele biochimice care apar în sistemele vii). În timpul descompunerii substanțelor nutritive, o parte din energia eliberată este acumulată în ATP, o parte este disipată sub formă de căldură (căldura primară reprezintă 65-70% din energie). Atunci când se utilizează legăturile cu energie ridicată ale moleculelor ATP, o parte din energie este cheltuită pentru a face lucrări utile și o parte este disipată (căldură secundară). Astfel, două fluxuri de căldură - primară și secundară - sunt produse termice.

Termoreglarea chimică este esențială pentru menținerea unei temperaturi corporale constante atât în ​​condiții normale, cât și când temperatura ambiantă se schimbă. La om, se constată o creștere a generării de căldură datorată creșterii ratei metabolice, în special atunci când temperatura ambiantă devine sub temperatura optimă sau zona de confort. Pentru o persoană în haine ușoare obișnuite, această zonă este cuprinsă între 18-20 ° С, iar pentru o persoană goală este de 28 ° С.

Temperatura optimă în apă este mai mare decât în ​​aer. Acest lucru se datorează faptului că apa, care are o capacitate termică și o conductivitate termică ridicate, răcește corpul de 14 ori mai mult decât aerul, prin urmare, într-o baie rece, metabolismul crește semnificativ mai mult decât în ​​timpul expunerii la aer la aceeași temperatură.

Cea mai intensă generație de căldură din corp apare la nivelul mușchilor. Chiar dacă o persoană se află nemișcată, dar cu mușchi tensionați, intensitatea proceselor oxidative și, în același timp, generarea de căldură crește cu 10%. Activitatea fizică ușoară duce la o creștere a producției de căldură cu 50-80%, iar munca musculară grea - cu 400-500%.

Ficatul și rinichii joacă, de asemenea, un rol semnificativ în termoreglarea chimică. Temperatura sanguină a venei hepatice este mai mare decât temperatura sanguină a arterei hepatice, ceea ce indică generarea intensă de căldură în acest organ. Când corpul se răcește, producția de căldură în ficat crește.

Dacă este necesară creșterea producției de căldură, pe lângă posibilitatea de a obține căldură din exterior, organismul folosește mecanisme care cresc producția de energie termică. Astfel de mecanisme includ contractilăși termogeneza necontractilă.

1. Termogeneza contractilă.

Acest tip de termoreglare funcționează atunci când suntem reci și trebuie să ne creștem temperatura corpului. Această metodă constă în contractie musculara... Odată cu contracția musculară, hidroliza ATP crește, prin urmare, fluxul de căldură secundară utilizat pentru încălzirea corpului crește.

Activitatea voluntară a aparatului muscular are loc în principal sub influența cortexului cerebral. În același timp, o creștere a producției de căldură este posibilă de 3-5 ori în comparație cu valoarea metabolismului bazal.

De obicei, atunci când temperatura mediului și temperatura sângelui scade, prima reacție este creșterea tonului termoreglator(părul corpului „stă la capăt”, apar „pielea de găină”). Din punct de vedere al mecanicii contracției, acest ton este o microvibrație și permite o creștere a producției de căldură cu 25-40% față de nivelul inițial. De obicei, mușchii gâtului, capului, trunchiului și membrelor sunt implicați în crearea tonusului.

Cu o hipotermie mai semnificativă, tonul termoreglator se transformă într-un tip special de contracție musculară - frig muscular la frigîn care mușchii nu fac o muncă utilă și contracția lor vizează exclusiv generarea de căldură. Tremurul rece este o activitate ritmică involuntară a mușchilor localizați superficial, ca urmare a faptului că procesele metabolice ale corpului sunt semnificativ îmbunătățite, consumul de oxigen și carbohidrații prin țesutul muscular cresc, ceea ce implică o creștere a generării de căldură. Tremururile încep adesea în mușchii gâtului și feței. Acest lucru se datorează faptului că, în primul rând, temperatura sângelui care curge spre creier trebuie să crească. Se crede că producția de căldură în timpul tremurărilor la rece este de 2-3 ori mai mare decât în ​​timpul activității musculare voluntare.

Mecanismul descris funcționează la un nivel reflex, fără participarea conștiinței noastre. Dar puteți crește și temperatura corpului cu activitate motrică conștientă... Atunci când se efectuează o activitate fizică de putere diferită, producția de căldură crește de 5-15 ori comparativ cu nivelul de repaus. În timpul primelor 15-30 de minute de funcționare pe termen lung, temperatura miezului crește destul de repede la un nivel relativ staționar și apoi rămâne la acest nivel sau continuă să crească încet.

2. Termogeneza necontractilă:

Acest tip de termoreglare poate duce atât la creșterea, cât și la scăderea temperaturii corpului. Se efectuează prin accelerarea sau încetinirea proceselor metabolice catabolice (oxidarea acizilor grași). Și acest lucru, la rândul său, va duce la o scădere sau creștere a producției de căldură. Datorită acestui tip de termogeneză, nivelul producției de căldură la om poate crește de 3 ori comparativ cu nivelul metabolismului bazal.

Reglarea proceselor de termogeneză necontractilă se realizează prin activarea sistemului nervos simpatic, producerea hormonilor tiroidei și medularei suprarenale.

E. Managementul termoreglării.

Hipotalamus.

Sistemul de termoreglare este format dintr-o serie de elemente cu funcții interdependente. Informațiile despre temperatură provin de la termoreceptoare și se deplasează către creier cu ajutorul sistemului nervos.

Rolul principal în termoreglare este jucat de hipotalamus... Găzduiește principalele centre de termoreglare, care coordonează procese numeroase și complexe care asigură menținerea temperaturii corpului la un nivel constant.

Hipotalamus- Aceasta este o zonă mică din diencefal care include un număr mare de grupuri de celule (peste 30 de nuclee) care reglează activitatea neuroendocrină a creierului și homeostazia (capacitatea de a menține constanța stării sale interne) a corpului. Hipotalamusul este conectat prin căi nervoase la aproape toate părțile sistemului nervos central, inclusiv la cortex, hipocamp, amigdala, cerebel, trunchiul cerebral și măduva spinării. Împreună cu hipofiza, hipotalamusul formează sistemul hipotalamo-hipofizar, în care hipotalamusul controlează eliberarea hormonilor hipofizari și este veriga centrală între sistemul nervos și cel endocrin. Secretează hormoni și neuropeptide și reglează funcții precum foamea și sete, termoreglarea corpului, comportamentul sexual, somnul și starea de veghe (ritmuri circadiene). Studii recente arată că hipotalamusul joacă, de asemenea, un rol important în reglarea funcțiilor superioare, cum ar fi memoria și starea emoțională, și astfel participă la formarea diferitelor aspecte ale comportamentului.

Distrugerea centrelor hipotalamusului sau întreruperea conexiunilor nervoase duce la pierderea capacității de reglare a temperaturii corpului.

Hipotalamusul anterior conține neuroni care controlează transferul de căldură.(asigură termoreglare fizică - vasoconstricție, transpirație) Când neuronii hipotalamusului anterior sunt distruși, corpul nu tolerează temperaturi ridicate, dar activitatea fiziologică rămâne în condiții reci.

Neuronii hipotalamusului posterior controlează procesele de producere a căldurii(oferă termoreglare chimică - producție crescută de căldură, tremurături musculare) Când sunt deteriorate, capacitatea de a spori schimbul de energie este afectată, astfel încât organismul nu tolerează bine frigul.

Celulele nervoase termosensibile din regiunea preoptică a hipotalamusului „măsoară” direct temperatura sângelui arterial care curge prin creier și sunt extrem de sensibile la schimbările de temperatură (sunt capabile să distingă o diferență de temperatură a sângelui de 0,011 ° C). Raportul dintre neuronii sensibili la frig și căldură din hipotalamus este de 1: 6, astfel încât termoreceptorii centrali sunt activi predominant atunci când temperatura „nucleului” corpului uman crește.

Pe baza analizei și integrării informațiilor despre temperatura sângelui și a țesuturilor periferice, valoarea medie (integrală) a temperaturii corpului este determinată continuu în regiunea preoptică a hipotalamusului. Aceste date sunt transmise prin intermediul neuronilor intercalari către un grup de neuroni din partea anterioară a hipotalamusului, care stabilește un anumit nivel de temperatură corporală în corp - un „punct de referință” pentru termoreglare. Pe baza analizei și comparării temperaturii medii a corpului și a temperaturii de referință care urmează să fie reglate, mecanismele „punctului de referință” prin neuronii efectori ai hipotalamusului posterior acționează asupra proceselor de transfer de căldură sau de producere a căldurii pentru a aduce temperatura reală și setată în linie.

Astfel, datorită funcției centrului de termoreglare, se stabilește un echilibru între producția de căldură și transferul de căldură, care permite menținerea temperaturii corpului în limitele optime pentru activitatea vitală a organismului.

Sistemul endocrin.

Hipotalamusul controlează procesele de producere a căldurii și de transfer de căldură, trimitând impulsuri nervoase către glandele endocrine, în principal tiroida și glandele suprarenale.

Participare glanda tiroidaîn termoreglare se datorează faptului că efectul temperaturii scăzute duce la eliberarea crescută a hormonilor săi (tiroxină, triiodotironină), care accelerează metabolismul și, în consecință, generarea de căldură.

Rol glandele suprarenale asociat cu eliberarea de catecolamine (adrenalină, norepinefrină, dopamină) în fluxul sanguin, care, prin creșterea sau scăderea proceselor oxidative din țesuturi (de exemplu, mușchii), cresc sau scad producția de căldură și îngustează sau măresc vasele cutanate, modificând nivelul transfer de căldură.

1) Introducere …………………………………………………………… .3

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

3) Principii de reglare a temperaturii corpului, echilibrul termic ………… ... 5

4) Fiziologia temoreceptorilor …………………………………………… 6

5) Centre de termoreglare ………………………………………… ... 8

a) centre de transfer de căldură …………………………………………… ... 9

b) centre de producere a căldurii ………………………………………… ..10

6) Mecanisme de producere a căldurii ……………………………………… ..10

a) termogeneza contractilă ……………………………………… 11

b) termogeneză necontractilă …………………………………… 12

7) Mecanisme de transfer de căldură …………………………………………… .12

a) conducerea căldurii ……………………………………………… ... 13

b) radiații termice ………………………………………………… .13

c) convecție ……………………………………………………… ..14

d) evaporare ……………………………………………………… ..14

8) Metabolism ……………………………………………………… .16

9) Mâncare …………………………………………………………… .17

10) Concluzie ……………………………………………………… ... 20

11) Lista literaturii folosite …………………………………… ..23

INTRODUCERE

Oricât de variate ar fi formele de manifestare a vieții, ele sunt întotdeauna legate indisolubil de transformarea energiei. Metabolismul energetic este o caracteristică inerentă fiecărei celule vii. Substanțele nutritive bogate în energie sunt absorbite și transformate chimic, iar deșeurile metabolice cu energie mai mică sunt eliberate din celulă. Conform primei legi a termodinamicii, energia nu dispare și nu apare din nou. Organismele trebuie să primească energie într-o formă accesibilă lor din mediul înconjurător și să returneze o cantitate adecvată de energie mediului într-o formă care este mai puțin adecvată pentru o utilizare ulterioară.

Cu aproximativ un secol în urmă, fiziologul francez Claude Bernard a stabilit că un organism viu și un mediu formează un singur sistem, deoarece există un schimb continuu de substanțe și energie între ele. Funcționarea normală a corpului este susținută de reglarea componentelor interne, care necesită cheltuieli de energie. Utilizarea energiei chimice în organism se numește metabolism energetic: el este cel care servește ca indicator al stării generale și al activității fiziologice a corpului.

Procesele metabolice (sau metabolice), în timpul cărora elemente specifice ale corpului sunt sintetizate din alimente absorbite, se numesc anabolism; în consecință, acele procese metabolice în cursul cărora elementele structurale ale corpului sau produsele alimentare absorbite sunt descompuse se numesc catabolism.

Un organism viu produce căldură, care este utilizată pentru a încălzi corpul. Capacitatea termică specifică a corpului uman (cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea țesutului cu 1 ° C) este în medie de 0,83 kcal / kg pe 1 grad (pentru apă - 1 kcal / kg pe grad). Pentru a crește temperatura corpului unei persoane care cântărește 70 kg cu 1 °, ar trebui cheltuite 58,1 kcal (0,83 70). În medie, o persoană care cântărește 70 kg în condiții de odihnă eliberează aproximativ 72 kcal / oră. Prin urmare, dacă nu a existat un al doilea proces - transfer de căldură, atunci la fiecare oră țesuturile umane ar fi încălzite cu 1,24 ° (72: 58,1). Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă, deoarece în condiții normale de repaus, rata producției de căldură este egală cu rata pierderii sale. Aceasta se numește echilibrul termic, care se bazează pe procesele de reglare a producției de căldură și a transferului de căldură. Împreună, aceasta se numește termoreglare.

POYKILOTHERMIA, HETEROTHERMIA, HOMOYOTHERMIA

Există un stadiu mai scăzut în evoluția sistemului de termoreglare, la care temperatura corpului unui animal depinde în principal de temperatura mediului: atunci când scade, temperatura corpului scade și viceversa. Această stare de temperatură a corpului se numește poikilotermie, iar animalele sunt numite poikiloterme. Broasca este un reprezentant tipic al poikilotermicului. Iarna, temperatura corpului broaștei se apropie de zero. În această stare, ea este încă capabilă de sărituri în lungime, dar nu mai mult de 12-15 cm. Vara, temperatura corpului ei ajunge la 20-25 ° C și poate sări mult mai departe - până la 1 m. De obicei, la minime condiții de temperatură, animalele poikilotermice cad într-o stare de animație suspendată. Există microorganisme pentru care temperatura ambiantă optimă variază de la 0 ° С la minus 60 ° С, de exemplu, microbi care trăiesc în masa de gheață sau, dimpotrivă, microorganisme care pot rezista la temperaturi ambientale de la + 70 ° С la + 120 ° С , de exemplu, germeni de izvor fierbinte.

Mecanisme de producție și transfer de căldură.

A - rolul organelor în producția de căldură

B - rolul organelor în transferul de căldură

O serie de animale, de exemplu, lilieci, rozătoare, unele specii de păsări, de exemplu, colibri, aparțin grupului de organisme heterotermale: în anumite condiții sunt organisme poikiloterme, în altele sunt homeoterme.

Mamiferele aparțin organismelor homeotermale (cu sânge cald), în care are loc izotermia sau constanța temperaturii corpului. Cu toate acestea, izotermia are o natură relativă: temperatura țesuturilor situate la mai puțin de 3 cm de suprafața corpului (piele, țesut subcutanat, mușchi superficiali) sau coajă, depinde în mare măsură de temperatura externă, în timp ce miezul corpului , adică, sistemul nervos central, organele interne, mușchii scheletici, situați mai adânc de 3 cm, au o temperatură relativ constantă, indiferent de temperatura ambiantă. Astfel, animalele cu sânge cald au un plic poikilotermic și un „nucleu” sau „nucleu” homeotermic.

Organe de producere a căldurii și control al producției de căldură.

K - scoarță, Kzh - piele, CGT - centrele hipotalamusului, Cdc - centrul vasomotor, PM - medulla oblongată, Cm - măduva spinării, Gf - glanda pituitară, TG - hormonul stimulator al tiroidei, IVS - glandele endocrine, Hm - hormonii, M - mușchi, Pt - ficat, Ptr - tractul alimentar, a, b - flux de impulsuri diferențiale.

Pentru o persoană, temperatura medie a creierului, a sângelui și a organelor interne se apropie de 37 ° C. Limita fiziologică a fluctuațiilor la această temperatură este de 1,5 °. O modificare a temperaturii sângelui și a organelor interne la o persoană cu 2-2,5 ° C față de nivelul mediu este însoțită de o încălcare a funcțiilor fiziologice, iar temperatura corpului peste 43 ° C este practic incompatibilă cu viața umană.

PRINCIPII DE REGLEMENTARE A TEMPERATURII CORPORALE,

ECHILIBRUL TERMIC

Temperatura miezului (corpului) este determinată de două fluxuri - generarea căldurii (producția de căldură) și transferul de căldură (eliberarea căldurii). Într-o zonă termoneutrală sau de confort (la 27-32 ° C), există un echilibru între producția de căldură și transferul de căldură. De exemplu, în condiții de repaus fiziologic, corpul produce aproximativ 1,18 kcal / minut (sau aproximativ 70 kcal pe oră) și aceeași cantitate de căldură este eliberată în mediu. La o temperatură scăzută a mediului, în ciuda mecanismului de apărare, pierderea de căldură de către organism crește. În aceste condiții, pentru a menține temperatura corpului, corpul trebuie să crească în mod echivalent producția de căldură. Astfel, apare un nou nivel de echilibru termic. De exemplu, la o temperatură a aerului de 10 ° C, transferul de căldură atinge 120 kcal / oră (în condiții de confort - 70 kcal / oră), prin urmare, pentru a menține temperatura corpului la un nivel constant, producția de căldură trebuie să crească și la 120 kcal / ora.

La temperaturi ambiante ridicate, de exemplu, la 40 ° C, degajarea de căldură este redusă semnificativ, de exemplu, la 40 kcal / h (în loc de 70 kcal / h într-un mediu confortabil). Pentru a menține o temperatură corporală constantă, producția de căldură ar trebui, de asemenea, să scadă la aproximativ 40 kcal / oră. Se stabilește un nou nivel de echilibru termic, care asigură menținerea temperaturii corpului.

Astfel, factorul principal care determină nivelul echilibrului termic este temperatura ambiantă.

Având în vedere că producția de căldură variază în funcție de tipul de activitate fizică a unei persoane, iar cantitatea de transfer de căldură depinde în mare măsură de temperatura ambiantă, sunt necesare mecanisme pentru reglarea producției de căldură și a transferului de căldură. Acestea sunt efectuate cu participarea unor structuri specializate ale creierului, unite în centrul termoreglării. Principiul reglării este că dispozitivul de control (centrul de termoreglare) primește informații de la termoreceptoare. Pe baza acestor informații, generează astfel de comenzi, datorită cărora se modifică activitatea obiectelor de control (structuri de lucru care determină intensitatea producției de căldură și a transferului de căldură), astfel încât apare un nou nivel de echilibru termic, ca urmare a căruia corpul temperatura rămâne la un nivel constant. Sistemul de termoreglare poate funcționa în modul de urmărire sau pe principiul nepotrivirii - temperatura sângelui s-a schimbat, activitatea obiectelor de control se schimbă. Cu toate acestea, sistemul de termoreglare prevede și o metodă mai moale de menținere a temperaturii corporale constante, care se bazează pe principiul reglării prin perturbare: se detectează o modificare a temperaturii mediului și fără a aștepta ca aceasta să afecteze temperatura sângelui. , apar în sistem comenzi care schimbă funcționarea obiectelor de control în acest fel, ca temperatura sângelui să fie menținută constantă. În plus, sistemul de termoreglare poate funcționa și în modul de control predictiv, adică controlul timpuriu (acestea sunt reflexe condiționate): o persoană este pe punctul de a ieși pe o stradă de iarnă, iar producția sa de căldură este deja în creștere, ceea ce este necesare pentru a compensa pierderile de căldură care vor apărea la o persoană pe stradă în condiții de temperatură scăzută. În toate cazurile, sunt necesare informații despre temperatura corpului (miez și carcasă) pentru reglarea optimă a intensității producției de căldură și a transferului de căldură. Se transmite sistemului nervos central de la termoreceptoare.

FIZIOLOGIA TERMORECEPTORILOR

Termoreceptorii sunt localizați pe diferite părți ale pielii, în organele interne (în stomac, intestine, uter, vezică urinară), în căile respiratorii, membranele mucoase, corneea ochiului, mușchii scheletici, vasele de sânge, inclusiv arterele, aortica și zone carotide, în multe vene mari, precum și în cortexul cerebral, măduva spinării, formarea reticulară, creierul mijlociu, hipotalamusul.

Termoreceptorii sistemului nervos central sunt, cel mai probabil, neuroni care acționează simultan ca receptori și rolul unui neuron aferent.

Termoreceptorii pielii au fost studiați cel mai complet. Majoritatea termoreceptorilor se găsesc pe scalp (față) și gât. În medie, există 1 termoreceptor pe 1 mm 2 din suprafața pielii. Termoreceptorii cutanati sunt împărțiți în frig și căldură. La rândul lor, cele reci sunt subdivizate în unele reci (specifice), care reacționează numai la schimbările de temperatură, și cele tactile-reci, sau nespecifice, care pot răspunde simultan atât la schimbările de temperatură, cât și la presiune.

Receptorii reci sunt localizați la o adâncime de 0,17 mm față de suprafața pielii. În total sunt aproximativ 250 de mii. Reacționează la schimbările de temperatură cu o perioadă scurtă de latență. În acest caz, frecvența potențialului de acțiune depinde liniar de temperatura cuprinsă între 41 ° și 10 ° C: cu cât temperatura este mai mică, cu atât este mai mare frecvența impulsului. Sensibilitatea optimă este cuprinsă între 15 ° și 30 ° С și, conform unor surse, până la 34 ° С.

Receptorii de căldură se află mai adânc - la o distanță de 0,3 mm de suprafața pielii. În total sunt aproximativ 30 de mii. Reacționează la schimbările de temperatură liniar în intervalul de la 20 ° la 50 ° C: cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare frecvența de generare a potențialului de acțiune. Sensibilitatea optimă este între 34-43 ° C.

Dintre receptorii de frig și căldură, există populații de receptori cu sensibilitate diferită: unii reacționează la o schimbare de temperatură egală cu 0,1 ° С (receptori foarte sensibili), alții - la o schimbare de temperatură egală cu 1 ° С (receptori de sensibilitate medie) și încă altele - la o modificare a 10 ° C (receptori cu prag ridicat sau cu sensibilitate scăzută).

Informațiile de la receptorii pielii sunt direcționate către sistemul nervos central prin fibrele aferente ale grupului A-delta și prin fibrele grupului C; acesta ajunge la sistemul nervos central cu viteze diferite. Cel mai probabil, impulsurile de la receptorii reci merg de-a lungul fibrelor A-delta.

Impulsul de la receptorii pielii intră în măduva spinării, unde se află al doilea neuron, dând naștere căii spinotalamice, care se termină în nucleii ventrobazali ai talamusului, de unde o parte a informațiilor intră în zona senzorimotorie a cortexului cerebral și o parte din aceasta merge la centrele hipotalamice ale termoreglării.

Părțile superioare ale sistemului nervos central (cortex și sistemul limbic) asigură formarea senzației de căldură (căldură, frig, confort termic, disconfort termic). Sentimentul de confort se bazează pe fluxul de impulsuri de la termoreceptorii cochiliei (în principal pielea). Prin urmare, corpul poate fi „înșelat” - dacă, în condiții de temperatură ridicată, corpul este răcit cu apă rece, așa cum este cazul înotului de vară la căldură, atunci se creează o senzație de confort la temperatură.

CENTRE DE REGLEMENTARE TERMALĂ

Termoreglarea se realizează în principal cu participarea sistemului nervos central, deși unele procese de termoreglare sunt posibile și fără sistemul nervos central. Deci, se știe că vasele de sânge ale pielii pot reacționa ele însele la frig: datorită sensibilității termice a celulelor musculare netede la frig, are loc relaxarea mușchilor netezi, prin urmare, la frig, apare mai întâi un spasm reflex, care este însoțită de durere, iar apoi vasul se extinde datorită efectului direct al frigului asupra celulelor musculare netede. Astfel, combinația celor două mecanisme de reglare face posibilă, pe de o parte, păstrarea caldă și, pe de altă parte, prevenirea țesuturilor de a suferi foamete de oxigen.

Centrele de termoreglare sunt, într-un sens larg, o colecție de neuroni implicați în termoreglare. Se găsesc în diverse zone ale sistemului nervos central, inclusiv în cortexul cerebral, sistemul limbic (complexul amigdalelor, hipocampul), talamusul, hipotalamusul, mijlocul, alungit și măduva spinării. Fiecare parte a creierului își îndeplinește propriile sarcini. În special, cortexul, sistemul limbic și talamusul asigură controlul asupra activității centrelor hipotalamice și a structurilor spinale, formând un comportament uman adecvat în diferite condiții de temperatură ale mediului (postură de lucru, îmbrăcăminte, activitate motorie voluntară) și senzații de căldură, frig sau confort. Cu ajutorul cortexului cerebral, se efectuează termoreglarea timpurie (timpurie) - se formează reflexe condiționate. De exemplu, o persoană care va ieși afară iarna crește în avans producția de căldură.

Termoreglarea implică sistemul nervos simpatic și somatic. Sistemul simpatic reglează procesele de producere a căldurii (glicogenoliză, lipoliză), procesele de transfer de căldură (transpirație, transfer de căldură prin radiații de căldură, conducere și convecție a căldurii - prin schimbarea tonului vaselor cutanate). Sistemul somatic reglează tensiunea tonică, activitatea de fază voluntară și involuntară a mușchilor scheletici, adică procesele de termogeneză contractilă.

Hipotalamusul joacă un rol major în termoreglare. Se distinge între grupuri de neuroni care reglează transferul de căldură (centrul de transfer de căldură) și producția de căldură.

Pentru prima dată existența unor astfel de centre în hipotalamus a fost descoperită de K. Bernard. A produs o „injecție de căldură” (a iritat mecanic hipotalamusul animalului), după care a crescut temperatura corpului.

Animalele cu nuclee distruse din regiunea preoptică a hipotalamusului nu tolerează temperaturile ambiante ridicate. Iritarea prin curent electric a acestor structuri duce la vasodilatația pielii, transpirație și la apariția dispneei termice. Această acumulare de nuclee (în principal paraventriculare, supraoptice, suprachiasmatice) se numește „centrul de transfer de căldură”.

Atunci când neuronii din părțile posterioare ale hipotalamusului sunt distruse, animalul nu tolerează bine frigul. Stimularea electrică a acestei zone determină o creștere a temperaturii corpului, tremurături musculare, o creștere a lipolizei, glicogenolizei. Se crede că acești neuroni sunt concentrați în principal în regiunea nucleilor ventromediali și dorsomediali ai hipotalamusului. Acumularea acestor nuclee se numește „centrul de producție a căldurii”.

Distrugerea centrelor de termoreglare transformă organismul homeotermic într-unul poikilotermic.

Potrivit K.P. Ivanov (1983, 1984), există neuroni senzoriali, integratori și eferenți în centrele de producție și transfer de căldură. Neuronii senzoriali percep informații de la termoreceptorii aflați în periferie, precum și direct din sângele care scaldă neuronii. KP Ivanov împarte neuronii senzoriali în două tipuri: 1) perceperea informațiilor de la termoreceptorii periferici și 2) perceperea temperaturii sângelui. Informațiile de la neuronii senzoriali se îndreaptă către neuronii integratori, unde are loc însumarea tuturor informațiilor despre starea temperaturii nucleului și a cojii corpului, adică acești neuroni „calculează” temperatura medie a corpului. Apoi, informațiile sunt destinate neuronilor de comandă, în care valoarea curentă a temperaturii medii a corpului este comparată cu un nivel dat. Întrebarea neuronilor care stabilesc acest nivel rămâne deschisă. Dar există probabil astfel de neuroni și pot fi localizați în cortex, în sistemul limbic sau, mai probabil, în hipotalamus. Deci, dacă, ca rezultat al comparației, se relevă o abatere de la un anumit nivel, atunci neuronii eferenți sunt excitați: în centrul transferului de căldură, aceștia sunt neuroni care reglează transpirația, tonusul vaselor pielii, volumul de sânge circulant , iar în centrul producției de căldură, aceștia sunt neuroni care reglează procesul de generare a căldurii. Rămâne încă neclar dacă fiecare centru (transferul de căldură și producția de căldură) este angajat în „calcule” și ia decizii în mod independent sau dacă există un alt centru separat în care are loc acest proces.

Centre de transfer de căldură. Când neuronii eferenți ai centrului de transfer de căldură sunt excitați, tonusul vaselor pielii poate scădea. Acest lucru se datorează efectului neuronilor eferenți ai centrului de transfer de căldură („vasele pielii”) asupra centrului vasomotor, care, la rândul său, afectează activitatea neuronilor simpatici spinali, care trimit un flux de impulsuri către mușchii netezi. a vaselor cutanate. Drept urmare, atunci când neuronii hipotalamici ai „vaselor cutanate” sunt excitați, tonusul vaselor cutanate scade, fluxul sanguin al pielii crește și transferul de căldură crește datorită radiației de căldură, conducerii căldurii și convecției. Creșterea fluxului sanguin în piele contribuie, de asemenea, la transpirația crescută (transferul de căldură prin evaporare). Dacă modificarea fluxului sanguin cutanat este insuficientă pentru transferul de căldură, atunci neuronii sunt excitați, ceea ce duce la eliberarea de sânge din depozitele de sânge și, prin urmare, la o creștere a volumului de transfer de căldură. Dacă acest mecanism nu contribuie la normalizarea temperaturii, atunci neuronii eferenți ai centrului de transfer de căldură sunt excitați, care excită neuronii simpatici care activează glandele sudoripare, acești neuroni ai hipotalamusului pot fi numiți în mod convențional „neuroni care reglează transpirația” sau neuroni care reglează transpirația. Neuronii simpatici care activează transpirația sunt localizați în coloanele laterale ale măduvei spinării (Th 2 -L 2), iar neuronii postganglionari sunt localizați în ganglionii simpatici. Fibrele postganglionare care merg către glandele sudoripare sunt colinergice, mediatorul lor este acetilcolina, care crește activitatea glandei sudoripare prin interacțiunea cu receptorii săi M-colinergici (blocantul este atropina).

Centre de producere a căldurii. Neuronii eferenți ai centrului de producere a căldurii pot fi, de asemenea, împărțiți condiționat în mai multe tipuri, fiecare activând mecanismul corespunzător de producere a căldurii.

a) Unii neuroni, atunci când sunt excitați, activează sistemul simpatic, în urma căruia crește intensitatea proceselor generatoare de energie (lipoliză, glicogenoliză, glicoliză, fosforilare oxidativă). În special, nervii simpatici, datorită interacțiunii mediatorului lor (norepinefrina) cu receptorii beta-adrenergici, activează procesele de glicogenoliză și glicoliză în ficat, procesele de lipoliză în grăsimea brună.

În același timp, când sistemul nervos simpatic este excitat, crește secreția hormonilor medulari suprarenali - adrenalină și norepinefrină, care cresc producția de căldură în ficat, mușchii scheletici, grăsimea brună, activând glicogenoliza, glicoliza și lipoliza.

b) În hipotalamus există neuroni eferenți care afectează glanda pituitară și, prin aceasta, glanda tiroidă: crește producția de hormoni care conțin iod (T 3 și T 4), care, posibil, datorită separării proceselor de fosforilare oxidativă, crește fluxul de căldură primară, adică Adică, sub influența lor, acumularea de energie în ATP scade, iar cea mai mare parte a energiei este disipată sub formă de căldură.

c) În centrul hipotalamic al producției de căldură, există și o populație de neuroni eferenți, a căror excitație duce la apariția unui ton termoreglator (în timp ce tonul mușchilor scheletici crește, datorită căruia crește aproximativ 40-60% în generarea căldurii) sau contracții de fază ale mușchiului individual
fibre, care se numesc „tremurând”. În toate aceste cazuri, comanda de la neuronii eferenți ai hipotalamusului este transmisă în cele din urmă motoneuronilor alfa. Calea centrală a tremorului este o cale eferentă care merge de la hipotalamus la neuronii motori alfa prin formațiuni intermediare, în special prin tectum (calea tectospinală) și prin nucleul roșu (tractul rubrospinal). Detaliile acestei căi sunt încă neclare.

MECANISME DE PRODUCȚIE A CĂLDURII

Sursa de căldură din organism sunt reacțiile exoterme de oxidare a proteinelor, grăsimilor, carbohidraților, precum și hidroliza ATP. În timpul hidrolizei nutrienților, o parte din energia eliberată este acumulată în ATP, iar o parte este disipată sub formă de căldură (căldură primară). Atunci când se utilizează energia acumulată în AGF, o parte din energie este utilizată pentru a efectua lucrări utile, o parte este disipată sub formă de căldură (căldură secundară). Astfel, două fluxuri de căldură - primară și secundară - sunt produse termice. La o temperatură ridicată a mediului sau contactul unei persoane cu un corp fierbinte, corpul poate primi o parte din căldură din exterior (căldură exogenă).

Dacă este necesară creșterea producției de căldură (de exemplu, în condiții de temperatură ambiantă scăzută), pe lângă posibilitatea de a primi căldură din exterior, există mecanisme în organism care cresc producția de căldură.

Clasificarea mecanismelor de producere a căldurii:

1. Termogeneza contractivă - producția de căldură ca urmare a contracției mușchilor scheletici:

a) activitatea voluntară a aparatului locomotor;

b) tonul termoreglator;

c) tremurături musculare reci sau activitate ritmică involuntară a mușchilor scheletici.

2. Termogeneza necontractilă sau termogeneza care nu tremură (producerea căldurii ca urmare a activării glicolizei, glicogenolizei și lipolizei):

a) în mușchii scheletici (datorită decuplării fosforilării oxidative);

b) în ficat;

c) în grăsime brună;

d) datorită acțiunii specific-dinamice a alimentelor.

Termogeneza contractilă

Odată cu contracția musculară, hidroliza ATP crește și, prin urmare, crește fluxul de căldură secundară, care merge la încălzirea corpului. Activitatea musculară voluntară apare în principal sub influența cortexului cerebral. Experiența umană arată că mișcarea este necesară în medii cu temperatură scăzută. Prin urmare, se realizează acte reflexe condiționate, crește activitatea motrică voluntară. Cu cât este mai mare, cu atât este mai mare producția de căldură. Este posibil să se mărească de 3-5 ori în comparație cu rata metabolică bazală. De obicei, cu o scădere a temperaturii mediului și a temperaturii sângelui, prima reacție este o creștere a tonusului termoreglator. A fost detectat pentru prima dată în 1937 la animale și în 1952 la oameni. Folosind metoda electromiografiei, s-a arătat că odată cu creșterea tonusului muscular cauzată de hipotermie, activitatea electrică a mușchilor crește. Din punct de vedere al mecanicii contracției, tonul ermetic este microvibrația. În medie, când apare, producția de căldură crește cu 20-45% din nivelul inițial. Cu o hipotermie mai semnificativă, tonul termoreglator se transformă în tremurături de frig muscular. Tonul termoregulator este mai economic decât tremurăturile musculare. De obicei, mușchii capului și gâtului sunt implicați în crearea acestuia.

Tremurul sau tremuratul muscular rece este o activitate ritmică involuntară a mușchilor localizați superficial, ca urmare a căreia producția de căldură crește în comparație cu nivelul inițial de 2-3 ori. De obicei, mai întâi apare un tremur în mușchii capului și gâtului, apoi - trunchiul și, în cele din urmă, membrele. Se crede că eficiența producției de căldură cu tremurături este de 2,5 ori mai mare decât cu activitatea voluntară.

Semnalele de la neuronii din hipotalamus călătoresc prin „calea centrală a tremorului” (tectum și nucleul roșu) către motoneuronii alfa ai măduvei spinării, de unde semnalele merg către mușchii corespunzători, provocând activitatea lor. Substanțele curariforme (relaxante musculare), datorită blocării receptorilor colinergici H, blochează dezvoltarea tonusului termoreglator și a frigului rece. Aceasta este utilizată pentru a crea hipotermie artificială și este, de asemenea, luată în considerare la efectuarea intervențiilor chirurgicale în care se utilizează relaxante musculare.

Termogeneza necontractilă

Se realizează prin creșterea proceselor de oxidare și reducerea eficienței conjugării fosforilării oxidative. Principalul loc de producție a căldurii este mușchii scheletici, ficatul și grăsimile brune. Datorită acestui tip de termogeneză, producția de căldură poate crește de 3 ori.

În mușchiul scheletic, o creștere a termogenezei fără scurtare este asociată cu o scădere a eficienței fosforilării oxidative datorită decuplării oxidării și fosforilării, în ficat, în principal prin activarea glicogenolizei și oxidarea ulterioară a glucozei. Grăsimea brună crește producția de căldură datorită lipolizei (sub influența influențelor simpatice și a adrenalinei). Grăsimea brună este localizată în regiunea occipitală, între omoplați, în mediastin de-a lungul vaselor mari, în axile. În repaus, aproximativ 10% din căldură este generată în grăsime brună. Odată cu răcirea, rolul grăsimii brune crește brusc. Odată cu adaptarea la frig (în rândul locuitorilor din zonele arctice), crește masa de grăsime brună și contribuția sa la producția totală de căldură.

Reglarea proceselor de termogeneză necontractilă se realizează prin activarea sistemului simpatic și producerea hormonilor tiroidieni (aceștia decuplează fosforilarea oxidativă) și a medularei suprarenale.

MECANISME DE ELIBERARE A CĂLDURII

Cea mai mare parte a căldurii este generată în organele interne. Prin urmare, fluxul intern de căldură trebuie să meargă spre piele pentru a fi îndepărtat din corp. Transferul de căldură din organele interne se realizează prin conducerea căldurii (mai puțin de 50% din căldură este transferată în acest mod) și prin convecție, adică prin transfer de căldură și masă. Sângele, datorită capacității sale termice ridicate, este un bun conductor de căldură.

Al doilea flux de căldură este un flux direcționat de la piele în mediu. Se numește flux extern. Având în vedere mecanismele de transfer de căldură, acest flux este de obicei menit.

Transferul de căldură în mediu se realizează utilizând 4 mecanisme principale:

1) evaporare;

2) conducerea căldurii;

3) radiații termice;

4) convecție.

Mecanisme de transfer de căldură și control al căldurii.

K - cortex, Kzh - piele, CGT - centrele hipotalamusului, Cdc - centrul vasomotor, PM - medulla oblongată, Cm - măduva spinării, Gf - glanda pituitară, TG - hormonul stimulator al tiroidei, IVS - glandele endocrine, GM - hormonii, Ptr - tract digestiv, Kc - vase de sânge, L - plămâni, a, b - curg impulsuri aferente.

Contribuția fiecărui mecanism la transferul de căldură este determinată de starea mediului și de rata producției de căldură din organism. În condiții de confort termic, cea mai mare parte a căldurii se degajă datorită conducerii căldurii, radiației de căldură și convecției și doar 19-20% - prin evaporare. La o temperatură ridicată a mediului, până la 75-90% din căldură se degajă datorită evaporării.

Conducerea căldurii este un mod de a emite căldură corpului, care este în contact direct cu corpul uman. Cu cât temperatura acestui corp este mai scăzută, cu atât gradientul de temperatură este mai mare, cu atât este mai mare rata pierderilor de căldură datorate acestui mecanism. De obicei, această metodă de eliberare a căldurii este limitată la îmbrăcăminte și spațiul aerian, care sunt buni izolatori de căldură, precum și la stratul de grăsime subcutanat. Cu cât acest strat este mai gros, cu atât mai puține șanse de transfer de căldură în corpul rece.

Radiații termice- transferul de căldură din zonele pielii neacoperite de îmbrăcăminte. Se produce prin intermediul radiației infraroșii cu unde lungi, de aceea acest tip de transfer de căldură se mai numește și transfer de căldură prin radiație. În condiții de confort termic datorat acestui mecanism, se transferă până la 60% din căldură. Eficiența radiației termice depinde de gradientul de temperatură (cu cât este mai mare, cu atât se eliberează mai multă căldură), de zona din care se produce radiația, de numărul de obiecte din mediu care absorb razele infraroșii.

Convecție. Aerul în contact cu pielea se încălzește și crește, locul său este luat de o porțiune de aer „rece” etc. În acest fel, datorită transferului de căldură și masă, până la 15% din căldură este eliberată sub confort termic condiții.

În toate aceste mecanisme, fluxul sanguin cutanat joacă un rol important: atunci când intensitatea acestuia crește datorită scăderii tonusului celulelor musculare netede ale arteriolelor și închiderii șunturilor arteriovenoase, transferul de căldură crește semnificativ. Acest lucru este facilitat și de o creștere a volumului de sânge circulant: cu cât valoarea acestuia este mai mare, cu atât este mai mare posibilitatea transferului de căldură în mediu. La frig, apar procesele opuse - fluxul sanguin cutanat scade, inclusiv datorită transferului direct de sânge arterial din artere în vene, ocolind capilarele, volumul de sânge circulant scade și răspunsul comportamental se schimbă: o persoană sau un animal instinctiv ia o poziție de „bilă”, deoarece În acest caz, zona de transfer de căldură este redusă cu 35%, la animale reacția se adaugă la aceasta - „găină de găină” - ridicarea părului pielii (piloerecție), ceea ce crește celularitatea pielii și reduce posibilitatea transferului de căldură.

Mâinile reprezintă o mică parte a suprafeței corpului - doar 6%, dar pielea lor dă până la 60% din căldură folosind mecanismul de transfer al căldurii uscate (radiații de căldură, convecție).

Evaporare. Revenirea căldurii are loc datorită cheltuielilor de energie (0,58 kcal la 1 ml de apă) pentru evaporarea apei. Există două tipuri de evaporare sau transpirație: transpirația imperceptibilă și perceptibilă.

a) transpirația imperceptibilă este evaporarea apei din membranele mucoase ale căilor respiratorii și a apei care se scurge prin epiteliul pielii (lichid tisular). În timpul zilei prin căile respiratorii, până la 400 ml de apă se evaporă în mod normal, adică se administrează 400x0,58 kcal = 232 kcal / zi. Dacă este necesar, această valoare poate fi mărită datorită așa-numitei dispnee termice, care este cauzată de influența neuronilor centrului de transfer de căldură asupra neuronilor respiratori ai trunchiului cerebral.

În medie, aproximativ 240 ml de apă se scurg prin epidermă pe zi. Prin urmare, din această cauză, se dau 240 0,58 kcal = 139 kcal / zi. Această valoare nu depinde de procesele de reglementare și de diferiți factori de mediu.

Ambele tipuri de transpirație imperceptibilă pe zi vă permit să dați (400 + 240) 0,58 = 371 kcal.

b) transpirație perceptibilă (eliberare de căldură prin evaporarea transpirației). În medie, 400-500 ml de sudoare sunt eliberați pe zi la o temperatură confortabilă a mediului, prin urmare, se degajă până la 300 kcal. Cu toate acestea, dacă este necesar, volumul transpirației poate crește la 12 L / zi, adică, prin transpirație, puteți renunța la aproape 7000 kcal pe zi. Glandele sudoripare pot produce până la 1,5 litri pe oră și, conform unor surse, până la 3 litri de sudoare.

Eficiența evaporării depinde în mare măsură de mediu: cu cât temperatura este mai ridicată și cu cât este mai mică umiditatea aerului (saturația aerului cu vapori de apă), cu atât este mai mare eficiența transpirației ca mecanism de transfer de căldură. La 100% saturație de aer cu vapori de apă, evaporarea nu este posibilă.

Glandele sudoripare sunt formate din capăt sau corp și din conducta sudoripară, care se deschide spre exterior în timpul porilor sudoripari. Prin natura secreției, glandele sudoripare sunt împărțite în ecrină (merocrină) și apocrină. Glandele apocrine sunt localizate în principal în axilă, în regiunea pubiană, precum și în labiile, perineul și areola glandei mamare. Glandele apocrine secretă o substanță grasă bogată în compuși organici. Problema inervației lor este dezbătută - unii susțin că este simpatică adrenergică, alții cred că lipsește cu totul și producția de secreție depinde de hormonii medularei suprarenale (adrenalină și norepinefrină).

Glandele apocrine modificate sunt glandele ciliare situate în pleoapele din apropierea genelor, precum și glandele care produc ceară în canalul auditiv extern și glandele nazale (glandele vestibulare). Cu toate acestea, glandele apocrine nu sunt implicate în evaporare. Eccrina sau merocrina, glandele sudoripare sunt situate în pielea aproape tuturor zonelor corpului. Sunt mai mult de 2 milioane (deși există oameni cărora le lipsește aproape complet). Majoritatea glandelor sudoripare se află pe palme și tălpi (peste 400 la 1 cm 2) și în pielea pubiană (aproximativ 300 la 1 cm 2). Rata transpirației, precum și includerea glandelor sudoripare în activitate, variază foarte mult în diferite părți ale corpului.

În ceea ce privește compoziția chimică, transpirația este o soluție hipotonică: conține 0,3% clorură de sodiu (aproape 0,9% în sânge), uree, glucoză, aminoacizi, amoniu și cantități mici de acid lactic. PH-ul transpirației variază de la 4,2 la 7, în medie pH = 6. Greutate specifică - 1.001-1.006. Deoarece transpirația este un mediu hipoton, cu transpirație abundentă, se pierde mai multă apă decât sărurile și poate apărea o creștere a presiunii osmotice în sânge. Astfel, transpirația abundentă este plină de schimbări în metabolismul apei-sare.

Glandele sudoripare sunt inervate de fibre colinergice simpatice - acetilcolina este eliberată la capetele lor, care interacționează cu receptorii M-colinergici, crescând producția de sudoare. Neuronii preganglionari sunt localizați în coloanele laterale ale măduvei spinării la nivelul Th 2-L 2, iar neuronii postganglionari sunt localizați în trunchiul simpatic.

Atunci când este necesar să se mărească transferul de căldură prin evaporare, se activează neuronii cortexului, sistemul limbic și, în principal, hipotalamusul. De la neuronii hipotalamici, semnalele se îndreaptă către neuronii din măduva spinării și implică treptat diverse zone ale pielii în procesul de transpirație: mai întâi, fața, fruntea, gâtul, apoi trunchiul și membrele.

Există diferite modalități de a influența activ procesul transpirației. De exemplu, multe antipiretice sau antipiretice: aspirina și alți salicilați, cresc transpirația și, prin urmare, scad temperatura corpului (există un transfer crescut de căldură prin evaporare). Inflorescențele de tei, zmeură, frunze de picior au, de asemenea, un efect diaforetic.

METABOLISM

Metabolismul este procesul de metabolism al substanțelor care intră în organism, în urma cărora din aceste substanțe se pot forma substanțe mai complexe sau, dimpotrivă, mai simple.

Corpul uman, la fel ca organismele altor reprezentanți ai lumii animale și vegetale, este un sistem termodinamic deschis. Un flux de energie liberă curge constant în el. În același timp, conferă mediului energie, în principal devalorizată (asociată). Datorită acestor două fluxuri, entropia unui organism viu (gradul de tulburare, haos, degradare) rămâne la un nivel constant (minim). Când, dintr-un anumit motiv, fluxul de energie liberă (negentropia) scade (sau crește formarea energiei legate), atunci crește entropia totală a organismului, ceea ce poate duce la moartea sa termodinamică.

Conform termodinamicii sistemelor vii, viața este o luptă cu entropia, o luptă între ordonarea unui sistem și degradare. Conform binecunoscutei ecuații Prigogine, creșterea minimă a entropiei are loc dacă viteza fluxului negentropic este egală cu viteza fluxului de entropie în mediu.

Energia gratuită pentru organism nu poate proveni decât din alimente. Se acumulează în legături chimice complexe de proteine, grăsimi și carbohidrați. Pentru a elibera această energie, nutrienții sunt mai întâi hidrolizați și apoi oxidați în condiții anaerobe sau aerobe.

În procesul de hidroliză, care se efectuează în tractul gastro-intestinal, este eliberată o parte nesemnificativă a energiei libere (mai puțin de 0,5%). Nu poate fi utilizat pentru necesități de bioenergie, deoarece nu este acumulat de macroergii precum ATP. Se transformă numai în energie termică (căldură primară), care este utilizată de organism pentru menținerea temperaturii homeostaziei.

A doua etapă de eliberare a energiei este procesul de oxidare anaerobă. În special, în acest mod, aproximativ 5% din toată energia liberă este eliberată din glucoză în timpul oxidării în acid lactic. Cu toate acestea, această energie este acumulată de ATP-ul macroergic și este utilizată pentru a efectua lucrări utile, de exemplu, pentru contracția musculară, pentru funcționarea pompei de sodiu-potasiu, dar, în cele din urmă, se transformă și în căldură, numită secundară. căldură.

A treia etapă - etapa principală de eliberare a energiei - până la 94,5% din toată energia care poate fi eliberată în condițiile corpului. Acest proces se desfășoară în ciclul Krebs: oxidează acidul piruvic (un produs al oxidării glucozei) și acetil coenzima A (un produs al oxidării aminoacizilor și acizilor grași). În procesul de oxidare aerobă, energia liberă este eliberată ca urmare a detașării hidrogenului și a transferului de electroni și protoni ai acestuia de-a lungul lanțului enzimelor respiratorii către oxigen. În acest caz, eliberarea de energie nu are loc odată, ci treptat, prin urmare, cea mai mare parte a acestei energii libere (aproximativ 52-55%) poate fi acumulată în energia unui macroerg (ATP). Restul se pierde sub formă de căldură primară ca urmare a „imperfecțiunii” oxidării biologice. După utilizarea energiei libere stocate în ATP pentru a face lucrări utile, aceasta se transformă în căldură secundară.

Astfel, toată energia liberă care este eliberată în timpul oxidării nutrienților este în cele din urmă transformată în energie termică. Prin urmare, măsurarea cantității de energie termică pe care o emite corpul este o metodă de determinare a cheltuielilor de energie ale corpului.

Ca urmare a oxidării, glucoza, aminoacizii și acizii grași din organism sunt transformați în dioxid de carbon și apă.

Metabolismul energetic al unui organism animal (metabolism brut) constă din metabolismul de bază și o adăugare funcțională la metabolismul de bază. Valoarea inițială a nivelului proceselor metabolice este rata metabolică bazală. Condițiile standard specificate pentru determinarea ratei metabolice bazale caracterizează acei factori care pot afecta intensitatea proceselor metabolice la om. De exemplu, rata metabolică este supusă fluctuațiilor zilnice, care crește dimineața și scade noaptea. Intensitatea schimbului crește și cu munca fizică și mentală. Consumul de substanțe nutritive și digestia lor ulterioară au un efect semnificativ asupra nivelului de metabolism, mai ales dacă substanțele nutritive sunt de natură proteică. Acest fenomen se numește acțiunea specific-dinamică a alimentelor. Creșterea ratei metabolice după consumul de alimente proteice poate dura 12-18 ore. Și, în cele din urmă, dacă temperatura ambiantă scade sub temperatura de confort, intensitatea proceselor metabolice crește. Schimbările către răcire duc la o creștere mai mare a metabolismului decât schimbările corespunzătoare către temperaturi mai ridicate.

Chiar și cu respectarea strictă și strictă a condițiilor standard, rata metabolică bazală la persoanele sănătoase poate varia. Această variabilitate se explică prin diferențe de vârstă, sex, înălțime, greutate corporală. De regulă, valoarea de 4,2 kJ / kg h este luată ca valoare aproximativă a ratei metabolice standard (de bază); pentru o persoană care cântărește 70 kg, rata metabolică bazală corespunzătoare este de aproximativ 7100 kJ / zi (1700 kcal / zi).

ALIMENTE

Nutriția este procesul de asimilare de către organism a substanțelor necesare construirii și reînnoirii țesuturilor corpului său, precum și pentru acoperirea costurilor energetice.

În general, evoluția nevoilor nutriționale ale organismelor animale a inclus procesul de limitare a sintezei proprii a unui număr de compuși cu o expansiune simultană a consumului anumitor tipuri de compuși organici. Acest lucru a dus la izolarea unui întreg grup de substanțe indispensabile animalelor și oamenilor superiori, adică necesare metabolismului, dar care nu sunt sintetizate independent.

Utilizarea produselor alimentare, constând în principal din compuși complecși de origine vegetală sau animală, pentru necesitățile energetice sau plastice ale organismului este posibilă numai după hidroliza acestor fonduri și transformarea în compuși relativ simpli lipsiți de specificitatea speciilor. Nevoile nutriționale ale diferitelor specii de animale sunt diferite în funcție de nutrienții pe care organismul este capabil să le sintetizeze și care trebuie să provină din exterior. Și totuși, principalele diferențe în cerințele nutriționale se datorează modului în care alimentele sunt digerate (hidrolizate). Acest lucru se datorează faptului că în organismele animale superioare, procesele metabolice intermediare se desfășoară în mod similar.

În metabolism (metabolism) și energie, se disting două procese: anabolism și catabolism. Anabolismul este înțeles ca un ansamblu de procese care vizează construirea structurilor corpului, în principal prin sinteza substanțelor organice complexe; sub catabolism - un set de procese de descompunere a compușilor organici complecși și utilizarea substanțelor relativ simple rezultate în procesele de schimb de energie. Anabolismul și catabolismul se bazează pe procesele de asimilare și disimilare, care sunt interconectate în organism și sunt echilibrate într-un corp normal.

În general, nevoile animalelor sunt destul de omogene: au nevoie de substanțe nutritive similare în structură pentru schimbul de energie; în substanțe precum aminoacizii, purinele și unele lipide pentru a construi molecule complexe de proteine ​​și structuri celulare; în catalizatori speciali ai metabolismului și stabilizatori ai membranelor celulare; în ioni anorganici și compuși pentru procesele fizico-chimice din organism și, în cele din urmă, într-un solvent biologic universal - apă - pentru a crea un mediu pentru metabolismul celular.

În cele din urmă, compoziția alimentelor organismelor foarte organizate include materie organică, majoritatea covârșitoare fiind legată de proteine, lipide și carbohidrați. Produsele hidrolizei lor - aminoacizi, acizi grași, glicerină și monozaharide - sunt cheltuite pentru alimentarea cu energie a organismului. În procesele de metabolism energetic, aminoacizii, acizii grași și monosugarul sunt interconectați prin căi comune de transformare a acestora. Prin urmare, ca purtători de energie, substanțele alimentare pot fi interschimbabile în conformitate cu valoarea energetică (regula izodinamică).

Valoarea energetică (calorică) a alimentelor este estimată prin cantitatea de energie termică eliberată în timpul arderii a 1 g de substanță alimentară (căldura fiziologică de ardere), care se exprimă în mod tradițional în kilocalorii sau în SI - în jouli (1 kcal = 4,187 kJ). Calculele au arătat că valoarea energetică a grăsimilor (38,9 kJ / g; 9,3 kcal / g) este de două ori mai mare decât cea a proteinelor și carbohidraților (17,2 kJ / g; 4,1 kcal / g). Proteinele și carbohidrații au aceeași valoare energetică și pot fi înlocuiți 1: 1 într-un raport de greutate.

Pentru a menține o stare staționară a corpului, costurile totale ale energiei trebuie acoperite de aportul de substanțe nutritive, care transportă un aport echivalent de energie în legăturile lor chimice. Dacă cantitatea de alimente primite pentru a acoperi cheltuielile cu energia nu este suficientă, atunci cheltuielile cu energia sunt compensate de rezerve interne, în principal grăsimi. Dacă masa alimentelor primite în termeni de resurse energetice depășește consumul de energie, atunci are loc procesul de depozitare a grăsimilor, indiferent de compoziția alimentelor.

Cu toate acestea, trebuie amintit întotdeauna că aceste trei surse de energie sunt și materialul plastic al organismului animal. Prin urmare, excluderea prelungită a unuia dintre cei trei nutrienți din dietă și înlocuirea cu o cantitate echivalentă din punct de vedere energetic a unei alte substanțe este inacceptabilă.

CONCLUZIE

Viața este asociată cu o cheltuială continuă de energie, care este necesară pentru funcționarea corpului. Din punct de vedere al termodinamicii, organismele vii aparțin sistemelor deschise, deoarece pentru existența lor schimbă constant substanțe și energie cu mediul extern. Sursa de energie a organismelor vii este transformările chimice ale substanțelor organice provenite din mediu. Transformarea acestor substanțe din complex în simplu și duce la eliberarea de energie conținută în legăturile chimice. Extracția de energie din legăturile chimice se realizează în principal cu consumul de oxigen molecular (metabolism aerob); oxidarea într-un număr de lanțuri este precedată de clivajul anoxic (metabolism anaerob).

Principalul acumulator de energie pentru utilizare în procesele celulare este adenozin trifosfatul (ATP). Cu ajutorul energiei ATP, este posibilă sintetizarea proteinelor, divizarea celulelor, menținerea gradientului lor osmotic, contracția musculară etc. Conform primei legi a termodinamicii, energia chimică a ATP, care trece prin etape intermediare, se transformă în cele din urmă în căldură , care este pierdut de corp. Prin urmare, intensitatea schimbului de energie al corpului este suma cheltuielilor de energie pentru funcția sistemelor celulare, a energiei acumulate și a pierderilor acesteia sub formă de căldură.

Viața unui organism depinde de evoluția reacțiilor chimice cu conversia tuturor tipurilor de energie în căldură. Rata reacțiilor chimice și, prin urmare, schimbul de energie, depinde de temperatura țesuturilor. Căldura ca transformare finală a energiei este capabilă să se deplaseze dintr-o regiune cu temperatură mai înaltă într-o regiune cu temperatura inferioară. Temperatura țesuturilor este determinată de raportul dintre rata producției de căldură metabolică a structurilor celulare și rata de disipare a căldurii rezultate în mediu. În consecință, schimbul de căldură între corp și mediul extern este o condiție esențială pentru existența organismelor animale. Pentru a menține temperatura corporală normală (optimă), organismele animale au un sistem de reglare a schimbului de căldură cu mediul.

Organismele animale sunt împărțite în poikiloterme și homeoterme. Poikilotermele (care stau la treptele inferioare ale scării filogenetice) au mecanisme de termoreglare imperfecte, dar încă destul de eficiente. Aceste mecanisme includ un sistem chimic de compensare a temperaturii, care permite menținerea unui schimb de energie stabil cu modificări semnificative ale temperaturii corpului, termoreglare prin comportament (selectarea temperaturii optime a mediului) și histerezis de temperatură (capacitatea de a captura căldura din mediul extern mai repede decât se pierde).

Homeotermia este o achiziție ulterioară a evoluției lumii animale. Păsările și mamiferele sunt clasificate ca animale cu adevărat homeoterme, deoarece aceste animale sunt capabile să mențină o temperatură corporală constantă la 2 ° C și fluctuații relativ largi ale temperaturii mediului extern.

Homeotermia se bazează pe un nivel mai mare de schimb de energie decât la animalele poikiloterme datorită rolului crescut al hormonilor tiroidieni, care stimulează activitatea pompei de sodiu celulare. Schimbul ridicat de energie a dus la formarea unor mecanisme perfecte pentru reglarea energiei termice în organism.

O serie de animale aparțin grupului de organisme heterotermale: în anumite condiții sunt organisme poikiloterme, în altele sunt homeoterme.

Pentru a menține o temperatură corporală constantă, animalele homeotermale au termoreglare chimică și fizică. Termoreglarea fizică se efectuează prin schimbarea conductivității termice a țesuturilor integumentare ale corpului (modificări ale fluxului sanguin al pielii, piloerecție, evaporarea umezelii de la suprafața corpului sau a cavității bucale).

Termoreglarea chimică se realizează prin creșterea producției de căldură în organism. Există două surse principale de termoreglare chimică (generare de căldură reglată): termogeneza contractilă datorită activității voluntare a aparatului locomotor, tonusului termoreglator și tremurăturilor musculare și termogeneza necontractilă datorită țesutului adipos maro, acțiunea specific-dinamică a alimentelor etc. .

Schimbul de căldură este controlat de activitatea termoreceptorilor, informații din care sunt trimise în centrul de termoreglare a hipotalamusului, care controlează reacțiile termoreglării chimice și fizice.

Expunerea prelungită la temperaturi ambiante ridicate sau scăzute duce la modificări semnificative ale proprietăților corpului, crescând rezistența acestuia la acțiunea factorilor de temperatură corespunzători.

Construcția și reînnoirea țesuturilor corpului, precum și acoperirea cheltuielilor de energie ale organismului, trebuie să fie asigurate cu o nutriție adecvată. În metabolism și energie, se disting două procese: anabolism și catabolism. Anabolismul este înțeles ca un ansamblu de procese care vizează construirea structurilor corpului, în principal prin sinteza substanțelor organice complexe. Catabolismul este un set de procese pentru descompunerea substanțelor organice complexe în scopul eliberării de energie. Anabolismul și catabolismul se bazează pe procesele de asimilare și disimilare, care sunt interconectate și echilibrate.

Nevoile nutriționale ale animalelor sunt destul de omogene: substanțele necesare pentru metabolismul energetic (proteine, grăsimi, carbohidrați), substanțe pentru construirea de molecule complexe de proteine ​​și structuri celulare (aminoacizi, purine, lipide, carbohidrați), catalizatori metabolici speciali (vitamine) și stabilizatori ai membranelor celulare (antioxidanți), ioni anorganici și un solvent biologic universal - apă.

Valoarea energetică a alimentelor este determinată de cantitatea de energie termică degajată în timpul arderii a 1 g de substanță alimentară (căldura fiziologică de ardere).

Nutriția rațională este înțeleasă ca nutriție suficientă în termeni cantitativi și calitativi. Baza unei diete echilibrate este echilibrul, adică raportul optim de alimente consumate. O dietă echilibrată ar trebui să includă proteine, grăsimi și carbohidrați în proporție de masă, aproximativ 1: 1: 4. În termeni calitativi, alimentele ar trebui să fie complete, adică să conțină proteine ​​(inclusiv aminoacizi esențiali), acizi grași esențiali (așa-numita vitamina F), vitamine, dintre care majoritatea fac parte din sistemele catalitice și un grup mare de vitamine substanțe, elemente anorganice și apă ...

BIBLIOGRAFIE

1) McMurey V. Metabolismul la om. M., 1980.

2) Norton A., Edholm O. Om în condiții reci. M., 1957.

3) Curs general de fiziologie umană și animale / editat de A.D.Nozdrachev. M., 1991. 2.

4) Fundamentele fiziologiei / ed. P. Sterki. M., 1984.

5) Slonim A. D. Evoluția termoreglării. L., 1986.

6) Fiziologia termoreglării: Manual de fiziologie / ed. De K. P. Ivanova. L., 1984.

7) Fiziologie umană / ed. NA Agadzhanyan, V.I. Tsirkin. SPb., 1998.

8) Fiziologie umană / ed. R. Schmidt, G. Tevs. M., 1986. T.4.

La animalele cu sânge cald și la oameni (așa-numitele organisme homeoterme), spre deosebire de organismele cu sânge rece (sau poikiloterme), temperatura corporală constantă este o condiție prealabilă pentru existență, unul dintre parametrii cardinali ai homeostaziei (sau constanței) internului mediul corpului.

Mecanismele fiziologice care asigură homeostazia termică a unui organism („nucleul” său) sunt împărțite în două grupe funcționale: mecanisme de termoreglare chimică și fizică. Termoreglarea chimică este reglarea producției de căldură a corpului. Căldura este generată în mod constant în organism în timpul reacțiilor redox ale metabolismului. În același timp, o parte din aceasta este dată mediului extern, cu cât este mai mare, cu atât diferența de temperatură și mediu a corpului este mai mare. Prin urmare, menținerea unei temperaturi corporale stabile cu o scădere a temperaturii mediului necesită o creștere corespunzătoare a proceselor metabolice și a generării de căldură însoțitoare, care compensează pierderile de căldură și conduce la păstrarea echilibrului general al căldurii corpului și menținerea constanta temperaturii interne. Procesul de creștere reflexă a producției de căldură ca răspuns la o scădere a temperaturii ambiante se numește termoreglare chimică. Eliberarea de energie sub formă de căldură însoțește sarcina funcțională a tuturor organelor și țesuturilor și este caracteristică tuturor organismelor vii. Specificul corpului uman este acela că o schimbare a producției de căldură ca reacție la o schimbare de temperatură reprezintă o reacție specială a corpului din ele, care nu afectează nivelul de funcționare a principalelor sisteme fiziologice.

Producția specifică de căldură termoreglatorie este concentrată în principal în mușchii scheletici și este asociată cu forme speciale de funcționare musculară care nu afectează activitatea lor motorie directă. O creștere a generării de căldură în timpul răcirii poate apărea și la un mușchi în repaus, precum și atunci când funcția contractilă este oprită artificial prin acțiunea otrăvurilor specifice.

Unul dintre cele mai frecvente mecanisme de producere a căldurii termoreglare specifice la nivelul mușchilor este așa-numitul ton de termoreglare. Se exprimă prin microcontracții de fibrile, înregistrate ca o creștere a activității electrice a unui mușchi extern imobil atunci când este răcit. Tonul termoregulator crește consumul de oxigen al mușchiului, uneori cu peste 150%. Cu o răcire mai puternică, împreună cu o creștere accentuată a tonusului termoreglator, sunt incluse contracțiile musculare vizibile sub formă de frisoane la rece. În acest caz, schimbul de gaze crește la 300 - 400%. Este caracteristic faptul că mușchii sunt inegali în ceea ce privește cota de participare la generarea de căldură termoreglatorie.

Cu expunerea prelungită la frig, tipul contractil de termogeneză poate fi înlocuit (sau completat) într-un grad sau altul prin trecerea respirației țesuturilor din mușchi pe așa-numita cale liberă (non-fosforilantă), în care faza de formare și descompunerea ulterioară a ATP cade. Acest mecanism nu este asociat cu activitatea contractilă musculară. Masa totală de căldură eliberată în timpul respirației libere este practic aceeași ca în termogeneza drojdiei, dar cea mai mare parte a energiei termice este consumată imediat, iar procesele oxidative nu pot fi inhibate de lipsa de ADP sau de fosfat anorganic.

Această din urmă circumstanță face posibilă menținerea liberă a unui nivel ridicat de generare a căldurii pentru o lungă perioadă de timp.

Modificările intensității metabolismului cauzate de influența temperaturii ambiante asupra corpului uman sunt naturale. Într-un anumit interval de temperaturi externe, producția de căldură corespunzătoare schimbului unui organism în repaus este complet compensată prin transferul său de căldură „normal” (fără intensificare activă). Schimbul de căldură dintre corp și mediu este echilibrat. Acest interval de temperatură se numește zonă termoneutrală. Cursul de schimb în această zonă este minim. Adesea vorbesc despre un punct critic, implicând o valoare specifică a temperaturii la care se realizează un echilibru termic cu mediul. Teoretic, acest lucru este adevărat, dar este practic imposibil să se stabilească un astfel de punct experimental din cauza fluctuațiilor constante neregulate în metabolism și a instabilității proprietăților termoizolante ale capacelor.

O scădere a temperaturii mediului în afara zonei termoneutrale determină o creștere reflexă a nivelului de metabolism și a producției de căldură până când echilibrul termic al corpului este echilibrat în condiții noi. Din această cauză, temperatura corpului rămâne neschimbată.

O creștere a temperaturii mediului în afara zonei termoneutrale determină, de asemenea, o creștere a nivelului de metabolism, care este cauzată de activarea mecanismelor de activare a transferului de căldură, care necesită un consum suplimentar de energie pentru munca lor. Aceasta formează o zonă de termoreglare fizică, în care temperatura rămâne stabilă. La atingerea unui anumit prag, mecanismele de îmbunătățire a transferului de căldură se dovedesc a fi ineficiente, începe supraîncălzirea și, în cele din urmă, moartea organismului.

În 1902, Rubner a propus să facă distincția între două tipuri de mecanisme - termoreglare „chimică” și „fizică”. Primul este asociat cu o schimbare a producției de căldură în țesuturi (tensiunea reacțiilor metabolice chimice), a doua se caracterizează prin transfer de căldură și redistribuirea căldurii. Alături de circulația sângelui, transpirația joacă un rol important în termoreglarea fizică, astfel încât pielea are o funcție specială de transfer de căldură - aici sângele încălzit în mușchi sau în „nucleu” se răcește, mecanismele transpirației și transpirației sunt realizate aici .

b În „normă” conducerea căldurii poate fi neglijată, deoarece conductivitatea termică a aerului este scăzută. Conductivitatea termică a apei este de 20 de ori mai mare; prin urmare, transferul de căldură prin conducere joacă un rol semnificativ și devine un factor semnificativ de hipotermie în cazul hainelor umede, șosetelor umede etc.

b Transfer de căldură mai eficient prin convecție (adică mișcare de particule de gaz sau lichide, amestecarea straturilor încălzite cu cele răcite). Într-un mediu aerian, chiar și în condiții de repaus, transferul de căldură prin convecție reprezintă până la 30% din pierderile de căldură. Rolul convecției în vânt sau în timpul mișcării umane crește și mai mult.

b Transferul căldurii prin radiații de la un corp încălzit la unul rece se efectuează conform legii Stefan-Boltzmann și este proporțional cu diferența dintre cele patru grade ale temperaturii pielii (îmbrăcăminte) și suprafața obiectelor înconjurătoare. . În acest fel, în condiții de „confort”, o persoană goală dă până la 45% din energia termică, dar pentru o persoană îmbrăcată cu căldură, pierderea de căldură prin radiații nu joacă un rol special.

b Evaporarea umezelii de pe piele și suprafața plămânilor este, de asemenea, o modalitate eficientă de transfer de căldură (până la 25%) în condiții de „confort”. În condiții de temperaturi ambiante ridicate și activitate musculară intensă, transferul de căldură prin evaporarea transpirației joacă un rol dominant - cu 1 gram de transpirație, 0,6 kcal de energie este transportat. Nu este dificil să calculăm cantitatea totală de căldură pierdută cu transpirație, dacă luăm în considerare faptul că, în condiții de activitate musculară intensă, o persoană poate da până la 10 - 12 litri de lichid într-o zi de lucru de opt ore. La frig, pierderea de căldură cu transpirație la o persoană bine îmbrăcată este mică, dar chiar și aici este necesar să se ia în considerare transferul de căldură datorat respirației. În acest proces, două mecanisme de transfer de căldură sunt combinate simultan - convecție și evaporare. Pierderea de căldură și lichid cu respirația este destul de semnificativă, în special cu activitate musculară intensă în condiții de umiditate atmosferică scăzută.

Un factor esențial care influențează procesele de termoreglare este reacțiile vasomotorii (vasomotorii) ale pielii. Cu cea mai pronunțată îngustare a patului vascular, pierderea de căldură poate scădea cu 70%, cu expansiune maximă - crește cu 90%.

Diferențele de specie în termoreglarea chimică sunt exprimate în diferența de nivel a metabolismului principal (în zona de termoneutralitate), poziția și lățimea zonei termoneutrale, intensitatea termoreglării chimice (o creștere a metabolismului cu o scădere a temperaturii mediu cu 1 "C), precum și în gama de termoreglare eficientă. Toți acești parametri reflectă specificul ecologic al speciilor individuale și se modifică în mod adaptativ în funcție de locația geografică a regiunii, sezonul anului, altitudine și un număr de alte factori de mediu.

Reacțiile de reglementare menite să mențină o temperatură corporală constantă în timpul supraîncălzirii sunt reprezentate de diferite mecanisme pentru îmbunătățirea transferului de căldură în mediul extern. Dintre acestea, transferul de căldură este larg răspândit și extrem de eficient prin intensificarea evaporării umezelii de la suprafața corpului și / sau a căilor respiratorii superioare. Când se evaporă umezeala, se consumă căldură, ceea ce poate ajuta la menținerea echilibrului termic. Reacția se declanșează atunci când există semne de a începe supraîncălzirea corpului.

Deci, schimbările adaptive ale schimbului de căldură în corpul uman pot viza nu numai menținerea unui nivel ridicat de metabolism, ca la majoritatea oamenilor, ci și stabilirea unui nivel scăzut în condiții care amenință epuizarea rezervelor de energie.

Termoreglare Este un proces care asigură capacitatea organismului de a menține temperatura corpului la un anumit nivel, indiferent de temperatura ambiantă.

Centrul de termoreglare poate fi excitat atât din punct de vedere umor (prin temperatura sângelui care curge prin el), cât și reflexiv (atunci când este iritat de căldura sau de receptorii reci ai pielii). Excitația centrului de termoreglare activează toate mecanismele de termoreglare: intensitatea proceselor oxidative, tonusul muscular scheletic, reacțiile vasomotorii, secreția glandelor sudoripare, mișcările respiratorii. Intensitatea proceselor oxidative se poate schimba fie prin sistemul nervos autonom, fie prin modificarea secreției de hormoni tiroidieni și a medularei suprarenale. Modificări ale muncii musculare, vasodilatație sau vasoconstricție, secreție de transpirație, modificări ale mișcărilor respiratorii apar reflex prin centrele vasomotorii, respiratorii și sudoripare.

Cortex

Centrul termoreglării este, la rândul său, sub controlul cortexului cerebral. Dacă un animal este expus la supraîncălzire într-un anumit mediu și reacțiile de reglare corespunzătoare apar în el, atunci după un timp mediul singur (fără supraîncălzire) îi va provoca aceleași reacții ca supraîncălzirea. Astfel, aici apare o reacție reflexă condiționată cu participarea cortexului cerebral.

Limitele de temperatură ale vieții sunt foarte largi. Sporii multor bacterii pot rezista la încălzire până la 150 °, iar unele dintre ele nu își pierd viabilitatea la temperaturi apropiate de zero absolut. Pe de altă parte, unele ciliate trăiesc în izvoarele termale din Ischia (Italia) la o temperatură de aproximativ 85 °. Multe încă rămân insuficient studiate aici. Peștii, insectele și chiar mamiferele pot fi înghețate și apoi dezghețate ușor. De exemplu, crapul a fost înghețat la 15 ° sub zero și din nou, putrezindu-se treptat, a revenit la viață, dar congelarea cu cel puțin un grad sub 15 este deja fatală pentru animal. Cu toate acestea, se știe, de asemenea, că atunci când spermatozoizii sunt înghețați la o temperatură apropiată de minus 200 ° și sunt depozitați mult timp la această temperatură, o parte semnificativă a acestora păstrează viabilitatea normală și puterea de fertilizare.

Pe această pagină material despre subiecte:

Temperatura corporală a oamenilor și a animalelor superioare este menținută la un nivel relativ constant, în ciuda fluctuațiilor temperaturii ambiante. Această constanță a temperaturii corpului se numește izotermie.

Izotermia este caracteristică numai așa-numitelor homeotermic, sau cu sânge cald, animale și este absent în poikilotermic, sau cu sânge rece, animale a căror temperatură corporală este variabilă și diferă puțin de temperatura ambiantă.

Izotermia se dezvoltă treptat în timpul ontogenezei. La un nou-născut, capacitatea de a menține o temperatură corporală constantă este departe de a fi perfectă. Ca urmare, poate apărea răcirea. (hipotermie) sau supraîncălzire (hipertermie) corpul la astfel de temperaturi ambientale care nu afectează un adult. La fel, chiar și munca musculară mică, cum ar fi plânsul unui copil mult timp, poate duce la o creștere a temperaturii corpului. Corpul copiilor prematuri este și mai puțin capabil să mențină o temperatură corporală constantă, care în ele depinde în mare măsură de temperatura mediului.

Generarea de căldură are loc ca rezultat al reacțiilor exoterme care apar permanent. Aceste reacții au loc în toate organele și țesuturile, dar cu intensități diferite. În țesuturile și organele care efectuează o activitate activă - în țesutul muscular, ficatul, rinichii - se eliberează mai multă căldură decât în ​​cele mai puțin active - țesut conjunctiv, oase, cartilaj.

Pierderea de căldură de către organe și țesuturi depinde în mare măsură de localizarea lor: organele situate superficial, cum ar fi pielea, mușchii scheletici, degajă mai multă căldură și se răcesc mai mult decât organele interne, care sunt mai protejate de răcire.

Temperatura corpului unei persoane sănătoase este de 36,5-36,9 ° C. Odihna și somnul scad, iar activitatea musculară crește temperatura corpului. Temperatura maximă este observată la 16-18 ore seara, cea minimă - la 3-4 ore dimineața. La lucrătorii care lucrează în ture lungi de noapte, fluctuațiile de temperatură pot fi inversate.

Constanța temperaturii corpului la o persoană poate fi menținută numai sub condiția egalității producției de căldură și a pierderii de căldură a întregului organism. Acest lucru se realizează prin mecanismele fiziologice ale termoreglării. se manifestă ca urmare a interacțiunii proceselor de generare a căldurii și de transfer de căldură, reglementate de mecanisme neuroendocrine. Termoreglarea este de obicei împărțită în chimică și fizică.

Termoreglare chimică efectuată prin schimbarea nivelului de generare a căldurii, adică întărirea sau slăbirea intensității metabolismului în celulele corpului și este importantă pentru menținerea unei temperaturi constante a corpului atât în ​​condiții normale, cât și când temperatura ambiantă se schimbă.

Cea mai intensă generație de căldură din corp apare la nivelul mușchilor. Chiar dacă o persoană stă nemișcată, dar mușchii săi sunt tensionați, intensitatea proceselor oxidative și, în același timp, generarea de căldură crește cu 10%. Activitatea fizică ușoară duce la o creștere a producției de căldură cu 50-80%, iar munca musculară grea - cu 400-500%.

În condiții de frig, generarea de căldură în mușchi crește, chiar dacă persoana este staționară. Acest lucru se datorează faptului că răcirea suprafeței corpului, acționând asupra receptorilor care percep iritația la rece, excită reflexiv contracțiile musculare involuntare aleatorii, manifestate sub formă de tremurături (frisoane). În același timp, procesele metabolice ale corpului sunt semnificativ îmbunătățite, consumul de oxigen și carbohidrați de către țesutul muscular crește, ceea ce implică o creștere a producției de căldură. Chiar și simularea aleatorie a agitării crește generarea de căldură cu 200%. Dacă relaxantele musculare sunt introduse în corp - substanțe care perturbă transmisia impulsurilor nervoase de la un nerv la un mușchi și astfel elimină tremurăturile musculare reflexe, chiar și cu o creștere a temperaturii ambiante, o scădere a temperaturii corpului are loc mult mai repede.

Ficatul și rinichii joacă, de asemenea, un rol semnificativ în termoreglarea chimică. Temperatura sanguină a venei hepatice este mai mare decât temperatura sanguină a arterei hepatice, ceea ce indică generarea intensă de căldură în acest organ. Când corpul se răcește, producția de căldură în ficat crește.

Eliberarea de energie în organism are loc din cauza descompunerii oxidative a proteinelor, grăsimilor și carbohidraților; prin urmare, toate mecanismele care reglează procesele oxidative reglează și generarea de căldură.

Termoreglare fizică efectuată de modificări ale degajării de căldură de către organism. Acesta capătă o importanță deosebită în menținerea constanței temperaturii corpului în timpul șederii corpului în condiții de temperatură ambientală ridicată.

Transferul de căldură este realizat de radiații de căldură (transfer de căldură de radiații), sau convecție, acestea. mișcarea și mișcarea aerului încălzit, conducerea căldurii, acestea. - transferul căldurii către substanțe în contact direct cu suprafața corpului și evaporarea apei de la suprafața pielii și a plămânilor.

La om, în condiții normale, pierderea de căldură prin conducerea căldurii este mică, deoarece aerul și îmbrăcămintea sunt conductori slabi ai căldurii. Radiația, evaporarea și convecția apar cu intensități diferite în funcție de temperatura ambiantă. La o persoană în repaus la o temperatură a aerului de aproximativ 20 ° C și un transfer total de căldură de 419 kJ (100 kcal) pe oră, 66% se pierde cu ajutorul radiației, datorită evaporării apei - 19%, convecție - 15 % din pierderea totală de căldură de către organism ... Când temperatura ambiantă crește la 35 ° C, transferul de căldură prin radiație și convecție devine imposibil, iar temperatura corpului este menținută la un nivel constant numai prin evaporarea apei de pe suprafața pielii și alveolele plămânilor.

Îmbrăcămintea reduce transferul de căldură. Pierderea de căldură este prevenită de stratul de aer liniștit dintre îmbrăcăminte și piele, deoarece aerul este un conductor slab de căldură. Proprietățile termoizolante ale îmbrăcămintei sunt cu atât mai mari, cu cât celularitatea structurii sale este mai fină, care conține aer. Acest lucru explică proprietățile bune de izolare termică a îmbrăcămintei din lână și blană. Temperatura aerului sub îmbrăcăminte este de 30 ° C. Dimpotrivă, corpul gol pierde căldură, deoarece aerul de pe suprafața sa se schimbă constant. Prin urmare, temperatura pielii părților expuse ale corpului este mult mai mică decât cea a părților îmbrăcate.

La frig, vasele de sânge ale pielii, în principal arteriolele, se contractă: mai mult sânge intră în vasele cavității abdominale și, astfel, transferul de căldură este limitat. Straturile superficiale ale pielii, primind mai puțin sânge cald, emit mai puțină căldură - transferul de căldură este redus. Cu o răcire puternică a pielii, în plus, se deschid anastomozele arteriovenoase, ceea ce reduce cantitatea de sânge care intră în capilare și, prin urmare, împiedică transferul de căldură.

Redistribuirea sângelui care apare la frig - o scădere a cantității de sânge care circulă prin vasele superficiale și o creștere a cantității de sânge care trece prin vasele organelor interne - contribuie la conservarea căldurii în organele interne. .

Când temperatura ambiantă crește, vasele pielii se extind, cantitatea de sânge care circulă în ele crește. Volumul de sânge care circulă prin corp crește, de asemenea, datorită transferului de apă din țesuturi în vasele de sânge și, de asemenea, deoarece splina și alte depozite de sânge aruncă cantități suplimentare de sânge în fluxul sanguin general. O creștere a cantității de sânge care circulă prin vasele suprafeței corpului favorizează transferul de căldură prin radiații și convecție.

Pentru a menține o temperatură corporală constantă la o temperatură ambiantă ridicată, evaporarea transpirației de pe suprafața pielii, care depinde de umiditatea relativă a aerului, este de primă importanță. În aerul saturat cu vapori de apă, apa nu se poate evapora. Prin urmare, cu umiditate atmosferică ridicată, temperaturile ridicate sunt mai greu de tolerat decât cu umiditate scăzută. În aerul saturat cu vapori de apă (de exemplu, într-o baie), transpirația este eliberată în cantități mari, dar nu se evaporă și curge de pe piele. O astfel de transpirație nu contribuie la eliberarea căldurii: doar acea parte a transpirației care se evaporă de pe suprafața pielii este importantă pentru transferul de căldură (această parte a transpirației se numește transpirație eficientă).

Hainele impermeabile la aer (cauciuc etc.), care împiedică evaporarea transpirației, sunt slab tolerate: stratul de aer dintre haine și corp este saturat rapid cu vapori și evaporarea ulterioară a transpirației se oprește.

O persoană nu tolerează o temperatură ambiantă relativ scăzută (32 ° C) în aerul umed. În aer complet uscat, o persoană poate sta fără o supraîncălzire vizibilă timp de 2-3 ore la o temperatură de 50-55 ° C.

Deoarece o parte din apă este evaporată de plămâni sub formă de vapori care saturează aerul expirat, respirația participă și la menținerea temperaturii corpului la un nivel constant. La temperaturi ambiante ridicate, centrul respirator este excitat reflexiv, la temperaturi scăzute este inhibat, respirația devine mai puțin profundă.

Astfel, constanța temperaturii corpului este menținută prin acțiunea comună, pe de o parte, a mecanismelor care reglează intensitatea metabolismului și generarea de căldură care depinde de acesta (reglarea chimică a căldurii) și, pe de altă parte, mecanisme care reglați transferul de căldură (reglarea fizică a căldurii) (Figura 9.10) ...

Smochin. 9.10.

Reglarea izotermă. Reacțiile de reglementare care mențin o temperatură constantă a corpului sunt acte reflexe complexe care apar ca răspuns la iritarea temperaturii a receptorilor pielii, a pielii și a vaselor subcutanate, precum și a sistemului nervos central în sine. Acești receptori care simt frigul și căldura se numesc termoreceptori. La o temperatură ambiantă relativ constantă, impulsurile ritmice sunt recepționate de la receptorii din sistemul nervos central, reflectând activitatea lor tonică. Frecvența acestor impulsuri este maximă pentru receptorii reci ai pielii și vasele pielii la o temperatură de 20-30 ° C, și pentru receptorii de căldură ai pielii - la o temperatură de 38-43 ° C. Cu o răcire ascuțită a pielii, frecvența impulsurilor din receptorii reci crește și, cu încălzirea rapidă, devine mai mică sau se oprește. Receptorii termici reacționează la aceleași picături de temperatură exact în sens opus. Receptorii de căldură și frig ai sistemului nervos central răspund la modificările temperaturii sângelui care curge spre centrele nervoase (termoreceptorii centrali). Cea mai mare parte a căldurii este generată de mușchii scheletici și de organele interne, care formează nucleul, iar pielea creează o coajă care vizează stocarea sau îndepărtarea căldurii din corp (Figura 9.11).

Smochin. 9.11.

Hipotalamusul conține principalul centre de termoreglare, care coordonează numeroase și complexe procese care asigură menținerea temperaturii corpului la un nivel constant. Acest lucru este dovedit de faptul că distrugerea hipotalamusului atrage după sine pierderea capacității de reglare a temperaturii corpului și face animalul poikilotermic, în timp ce îndepărtarea cortexului cerebral, a striatului și a colinelor vizuale nu afectează în mod vizibil procesele de producere a căldurii și transfer de căldură.

Reglarea hipotalamică a temperaturii corpului implică glandele endocrine, în principal glandele tiroidiene și suprarenale.

Participarea glandei tiroide la termoreglare este dovedită de faptul că introducerea în sânge a unui animal a serului sanguin al unui alt animal, care a fost în frig de mult timp, determină o creștere a metabolismului în primul. Acest efect este observat numai atunci când glanda tiroidă este păstrată la al doilea animal. Evident, în timpul unei perioade de răcire, se produce o eliberare crescută de hormon tiroidian în sânge, ceea ce crește metabolismul și, în consecință, formarea căldurii.

Participarea glandelor suprarenale la termoreglare se datorează eliberării adrenalinei în fluxul sanguin, care, îmbunătățind procesele oxidative în țesuturi, în special în mușchi, crește generarea de căldură și îngustează vasele pielii, reducând transferul de căldură. Prin urmare, adrenalina poate provoca o creștere a temperaturii corpului ( hipertermie adrenalină).

Hipotermie și hipertermie. Dacă o persoană se află mult timp în condiții de creștere sau scădere semnificativă a temperaturii ambientale, atunci mecanismele de termoreglare fizică și chimică a căldurii, datorită cărora, în condiții normale, se menține constanța temperaturii corpului, pot fi insuficiente: hipotermie a corpului apare - hipotermie sau supraîncălzire - hipertermie.

Hipotermie - o stare în care temperatura corpului scade sub 35 ° C. Hipotermia apare cel mai rapid atunci când este scufundată în apă rece. În acest caz, la început, se observă excitația sistemului nervos simpatic, transferul de căldură este limitat reflexiv și producția de căldură este îmbunătățită. Acesta din urmă este facilitat de contracția musculară - tremurături musculare. După un timp, temperatura corpului începe să scadă. În acest caz, se observă o afecțiune similară cu anestezia: dispariția sensibilității, slăbirea reacțiilor reflexe, scăderea excitabilității centrilor nervoși. Intensitatea metabolismului scade brusc, respirația încetinește, contracțiile cardiace scad, scade debitul cardiac, scade tensiunea arterială (la o temperatură corporală de 24-25 ° C, poate fi de 15-20% din cea inițială).

În ultimii ani, hipotermia creată artificial cu răcirea corpului la 24-28 ° C a fost utilizată în clinicile chirurgicale care efectuează operații pe inimă și sistemul nervos central. Înțelesul acestei măsuri este că hipotermia reduce semnificativ metabolismul creierului și, prin urmare, necesitatea acestui organ pentru oxigen. Ca rezultat, devine posibilă o exsanguinare mai lungă a creierului (în loc de 3-5 minute la temperatura normală până la 15-20 minute la 25-28 ° C), ceea ce înseamnă că, cu hipotermie, pacienții pot tolera mai ușor o oprire temporară de activitate cardiacă și stop respirator.

Crioterapia este utilizată și pentru alte câteva boli.

Hipertermie - o stare în care temperatura corpului crește peste 37 ° C. Apare cu expunere prelungită la temperaturi ambiante ridicate, în special în aerul umed și, prin urmare, cu transpirații puțin eficiente. Hipertermia poate apărea și sub influența unor factori endogeni care sporesc producția de căldură în organism (tiroxină, acizi grași etc.). Hipertermia ascuțită, în care temperatura corpului atinge 40-41 ° C, este însoțită de o stare generală severă a corpului și se numește insolatie.

O astfel de modificare a temperaturii ar trebui să se deosebească de hipertermie atunci când condițiile externe nu sunt modificate, dar procesul de termoreglare în sine este întrerupt. Un exemplu de astfel de tulburare este febra infecțioasă. Unul dintre motivele apariției sale este sensibilitatea ridicată a centrelor hipotalamice de reglare a schimbului de căldură la unii compuși chimici, în special la toxinele bacteriene.

Astfel, echilibrul factorilor responsabili de producerea căldurii și de transferul de căldură este principalul mecanism al termoreglării.

Întrebări și sarcini

• 1. Care este rolul proteinelor în organism? Care este esența reglării metabolismului proteinelor?
• 2. Care este rolul carbohidraților în organism? Care este esența reglării metabolismului carbohidraților?
• 3. Care este rolul grăsimilor în organism? Care este esența reglării metabolismului grăsimilor?
• 4. Care este importanța vitaminelor în viața umană?
• 5. Importanța termoreglării fizice și chimice în organism. Explicați răspunsul.
• 6. În ultimii ani, hipotermia creată artificial cu răcirea corpului la 24-28 ° C a fost utilizată în practică în clinicile chirurgicale care efectuează operații pe inimă și sistemul nervos central. Care este semnificația acestui eveniment?