Механизми на химическа терморегулация. Човешка терморегулация: какво е това? Въпроси и задачи

При топлокръвните животни и хората (т.нар. хомеотермични организми), за разлика от студенокръвните (или пойкилотермните) организми, постоянната телесна температура е предпоставка за съществуване, един от основните параметри на хомеостазата (или постоянството) на вътрешните среда на тялото.

Физиологичните механизми, осигуряващи термична хомеостаза на тялото (неговото "ядро") са разделени на две функционални групи: механизми на химична и физическа терморегулация. Химическата терморегулация е регулирането на производството на топлина от тялото. По време на окислително-редукционните реакции на метаболизма в тялото постоянно се генерира топлина. В същото време част от него се отдава на външната среда, колкото повече, толкова по-голяма е разликата между температурата на тялото и околната среда. Следователно поддържането на стабилна телесна температура с понижаване на температурата на околната среда изисква съответно увеличаване на метаболитните процеси и съпътстващото топлоотдаване, което компенсира топлинните загуби и води до запазване на общия топлинен баланс на тялото и поддържане на постоянство на вътрешната температура. Процесът на рефлекторно усилване на производството на топлина в отговор на понижаване на температурата на околната среда се нарича химична терморегулация. Освобождаването на енергия под формата на топлина съпътства функционалното натоварване на всички органи и тъкани и е характерно за всички живи организми. Спецификата на човешкото тяло се състои във факта, че промяната в производството на топлина като реакция на промяна на температурата представлява в тях специална реакция на тялото, която не засяга нивото на функциониране на основните физиологични системи.

Специфичното терморегулиращо производство на топлина е концентрирано главно в скелетните мускули и е свързано с специални формифункционирането на мускулите, без да влияе на пряката им двигателна активност. Повишаване на генерирането на топлина по време на охлаждане може да настъпи и в покой мускул, както и при изкуствено изключване на контрактилната функция от действието на специфични отрови.

Един от най-често срещаните механизми за специфично терморегулиращо производство на топлина в мускулите е т. нар. терморегулаторен тонус. Изразява се чрез микроконтракции на фибрилите, регистрирани като повишаване на електрическата активност на външно неподвижен мускул, когато той е охладен. Терморегулаторният тонус повишава консумацията на кислород от мускула, понякога с повече от 150%. При по-силно охлаждане наред с рязкото повишаване на терморегулаторния тонус се включват и видими мускулни контракции под формата на студена тръпка. В този случай газообменът се увеличава до 300 - 400%. Характерно е, че мускулите са неравномерни по отношение на дела на участие в терморегулаторното производство на топлина.

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

Последното обстоятелство позволява свободното поддържане на високо ниво на генериране на топлина за дълго време.

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

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

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

Още през 1902 г. Рубнер предлага да се разграничат два вида на тези механизми - "химическа" и "физическа" терморегулация. Първият е свързан с промяна в производството на топлина в тъканите (напрежение химична реакцияобмен), вторият се характеризира с пренос на топлина и преразпределение на топлината. Наред с кръвообращението, изпотяването играе важна роля във физическата терморегулация, така че кожата има специална функция за пренос на топлина - тук загрятата кръв в мускулите или в "сърцевината" се охлажда, тук се реализират механизмите на изпотяване и изпотяване. .

b В "норма" топлопроводимостта може да се пренебрегне, т.к топлопроводимостта на въздуха е ниска. Топлопроводимостта на водата е 20 пъти по-висока, поради което преносът на топлина чрез проводимост играе значителна роля и се превръща в значителен фактор за хипотермия в случай на мокри дрехи, влажни чорапи и др.

b По-ефективен топлопренос чрез конвекция (т.е. движещи се газови или течни частици, смесване на техните нагрети слоеве с охладени). V въздушна средадори в покой, конвекционният топлопренос представлява до 30% от топлинните загуби. Ролята на конвекцията при вятъра или по време на човешкото движение се увеличава още повече.

b Предаването на топлина чрез излъчване от нагрято тяло към студено се извършва съгласно закона на Стефан-Болцман и е пропорционално на разликата от четвъртите степени на температурата на кожата (дрехата) и повърхността на околните предмети . По този начин при условия на „комфорт“ гол човек дава до 45% топлинна енергия, но за топло облечен човек радиационната загуба на топлина не играе особена роля.

b Изпаряването на влагата от кожата и повърхността на белите дробове също е ефективен начин за пренос на топлина (до 25%) в условия на "комфорт". При условия на висока околна температура и интензивна мускулна дейност, преносът на топлина чрез изпаряване на потта играе доминираща роля - 0,6 kcal енергия се отвежда с 1 грам пот. Не е трудно да се изчисли общото количество топлина, загубена с потта, ако вземем предвид, че при условия на интензивна мускулна дейност човек може да даде до 10 - 12 литра течност за осемчасов работен ден. В студа загубата на топлина с пот при добре облечен човек е малка, но дори и тук е необходимо да се вземе предвид топлопреминаването поради дишането. При този процес се комбинират едновременно два механизма за пренос на топлина - конвекция и изпарение. Загубата на топлина и течности с дишането е доста значителна, особено при интензивна мускулна дейност в условия на ниска атмосферна влажност.

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

Видовите разлики в химичната терморегулация се изразяват в разликата в нивото на основния (в зоната на термонеутралност) метаболизъм, позицията и ширината на термонеутралната зона, интензивността на химическата терморегулация (увеличаване на метаболизма с понижаване на температурата на средата с 1 "C), както и в обхвата на ефективно действие на терморегулацията. Всички тези параметри отразяват екологичната специфика на отделните видове и се изменят адаптивно в зависимост от географско местоположениерегион, сезон на годината, надморска височина и редица други фактори на околната среда.

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

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

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

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

Топлинапредизвиква интензивно изпотяване, което води до дехидратация на организма, загуба на минерални соли и водоразтворими витамини. Последица от тези процеси е сгъстяване на кръвта, нарушен метаболизъм на солта, стомашна секреция и развитие на витаминен дефицит. Допустимата загуба на тегло чрез изпаряване е 2-3%. При 6% загуба на тегло от изпаряване се нарушава умствената дейност, а при 15-20% загуба на тегло настъпва смърт. Системното действие на високата температура причинява промени в сърдечно-съдовата система: повишена сърдечна честота, промени в кръвното налягане, отслабване на функционалния капацитет на сърцето. Продължителното излагане на високи температури води до натрупване на топлина в тялото, докато телесната температура може да се повиши до 38-41°C и може да настъпи топлинен удар със загуба на съзнание.

Ниски температуримогат да бъдат причините за охлаждане и хипотермия на тялото. При охлаждане в тялото топлообменът рефлекторно намалява и производството на топлина се увеличава. Намаляването на топлопреминаването възниква поради спазъм (стесняване) на кръвоносните съдове, увеличаване на топлинното съпротивление на телесните тъкани. Продължителното излагане на ниски температури води до постоянен съдов спазъм, недохранване на тъканите. Увеличаването на производството на топлина по време на охлаждане се постига чрез усилие на окислителните метаболитни процеси в тялото (понижаването на телесната температура с 1 ° C се придружава от повишаване на метаболитните процеси с 10 ° C). Излагането на ниски температури е придружено от повишаване на кръвното налягане, инспираторния обем и намаляване на дихателната честота. Охлаждането на тялото променя въглехидратния метаболизъм. Голямото охлаждане е придружено от понижаване на телесната температура, потискане на функциите на органите и телесните системи.

Б. Ядрото и външната обвивка на тялото.

От гледна точка на терморегулацията човешкото тяло може да се представи като съставено от два компонента – външен черупкаи вътрешни ядра.

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

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

Температурата на човешката кожа в различни области варира от 24,4 ° С до 34,4 ° С. Най-ниска температура се наблюдава в пръстите на краката, най-висока в подмишницата. Въз основа на измерване на температурата в подмишницата обикновено се преценява телесната температура в даден момент.

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

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

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

Жизнените процеси на човека са придружени от непрекъснато производство на топлина в тялото му и отделяне на генерираната топлина в околната среда. Обменът на топлинна енергия между тялото и околната среда се нарича п топлообмен.Топлопроизводството и топлопреносът се дължат на дейността на централата нервна системарегулира метаболизма, кръвообращението, изпотяването и дейността на скелетните мускули.

Човешкото тяло е саморегулираща се система с вътрешен източник на топлина, в която при нормални условия производството на топлина (количеството генерирана топлина) е равно на количеството топлина, предадено на външната среда (пренос на топлина). Постоянството на телесната температура се нарича изотермичен... Осигурява независимост на метаболитните процеси в тъканите и органите от колебанията в температурата на околната среда.

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

В човешкото тяло за 1 час се генерира толкова топлина, колкото е необходимо за кипене на 1 литър ледена вода. И ако тялото беше корпус, непроницаем за топлина, тогава за един час телесната температура би се повишила с около 1,5 ° C, а за 40 часа щеше да достигне точката на кипене на водата. При тежка физическа работа генерирането на топлина се увеличава няколко пъти. И въпреки това телесната ни температура не се променя. Защо? Всичко е за балансиране на процесите на образуване и пренос на топлина в тялото.

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

Г. Концепцията за терморегулация на тялото.

Терморегулация- Това е съвкупност от физиологични процеси, насочени към поддържане на относително постоянство на температурата на ядрото на тялото в условия на промени в температурата на околната среда чрез регулиране на топлопроизводството и топлопреминаването. Терморегулацията е насочена към предотвратяване на нарушения в топлинния баланс на тялото или възстановяването му, ако такива нарушения вече са настъпили, и се осъществява по невро-хуморален начин.

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

Механизмът на терморегулацията може да бъде представен като кибернетична самоуправляваща се система с обратна връзка. Температурните колебания в околния въздух действат върху специални рецепторни образувания ( терморецептори), чувствителен към температурни промени. Терморецепторите предават информация за термичното състояние на органа към центровете за терморегулация, от своя страна, центровете за терморегулация чрез нервни влакна, хормони и други биологични активни веществапромяна на нивото на пренос на топлина и топлопроизводство или на части от тялото (локална терморегулация), или на тялото като цяло. При изключване на центрове за терморегулация със специални химикалитялото губи способността си да поддържа постоянна температура. През последните години тази функция се използва в медицината за изкуствено охлаждане на тялото при сложни хирургични операции на сърцето.

Кожни терморецептори.

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

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

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

Г. Видове терморегулация.

Терморегулацията може да бъде разделена на два основни типа:

1. Физическа терморегулация:

Изпаряване (изпотяване);

Радиация (радиация);

Конвекция.

2. Химическа терморегулация.

Контрактилна термогенеза;

Неконтрактилна термогенеза.

Физическа терморегулация(процес, който отвежда топлината от тялото) - осигурява запазване на постоянна телесна температура поради промяна в отделянето на топлина от тялото чрез провеждане през кожата (проводимост и конвекция), излъчване (радиация) и изпаряване на вода . Връщането на постоянно генерираната топлина в тялото се регулира от промените в топлопроводимостта на кожата, подкожния мастен слой и епидермиса. Преносът на топлина до голяма степен се регулира от динамиката на кръвообращението в топлопроводими и топлоизолационни тъкани. С повишаване на температурата на околната среда изпарението започва да доминира в топлопреминаването.

Проводимостта, конвекцията и излъчването са пасивни пътища за пренос на топлина, базирани на законите на физиката. Те са ефективни само при поддържане на положителен температурен градиент. Колкото по-малка е температурната разлика между тялото и околната среда, толкова по-малко топлина се отделя. При същите показатели или при висока температура на околната среда тези пътеки не само са неефективни, но в същото време тялото също се нагрява. При тези условия в тялото се задейства само един механизъм за пренос на топлина – изпотяване.

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

При човек в покой при температура на въздуха около 20 ° C и общ топлопренос, равен на 419 kJ (100 kcal) на час, 66% се губят с помощта на радиация, изпаряване на вода - 19%, конвекция - 15% на пълна загубатоплина от тялото.

Химическа терморегулация(процес, който осигурява образуването на топлина в тялото) - осъществява се чрез метаболизма и чрез производството на топлина от такива тъкани като мускули, както и черния дроб, кафявата мазнина, тоест чрез промяна на нивото на производство на топлина - чрез увеличаване или отслабване на интензивността на метаболизма в клетките на тялото. По време на окисление органична материясе освобождава енергия. Част от енергията отива за Синтез на АТФ(аденозин трифосфат е нуклеотид, който играе изключително важна роля в метаболизма на енергията и веществата в организма). Тази потенциална енергия може да се използва от тялото в по-нататъшната му дейност. Всички тъкани са източник на топлина в тялото. Кръвта преминава през тъканите и се нагрява. Повишаването на температурата на околната среда води до рефлекторно намаляване на метаболизма, в резултат на което производството на топлина в тялото намалява. С понижаване на температурата на околната среда интензивността на метаболитните процеси рефлекторно се увеличава и генерирането на топлина се увеличава.

Включването на химичната терморегулация се случва, когато физическата терморегулация е недостатъчна за поддържане на постоянна телесна температура.

Нека разгледаме тези видове терморегулация.

Физическа терморегулация:

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

Изпаряване (изпотяване);

Радиация (радиация);

Топлопроводимост (проводимост);

Конвекция.

Нека ги разгледаме по-подробно:

1. Изпаряване (изпотяване):

Изпаряване (изпотяване)е освобождаването на топлинна енергия в околната среда поради изпаряването на потта или влагата от повърхността на кожата и лигавиците на дихателните пътища. При хората потта непрекъснато се отделя от потните жлези на кожата („осезаема“ или жлезиста загуба на вода), лигавиците на дихателните пътища се овлажняват („неусетна“ загуба на вода). В същото време „осезаемата“ загуба на вода от тялото има по-значителен ефект върху общото количество топлина, отделена от изпарението, отколкото „незабележимата“.

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

Човек не понася относително ниска температура на околната среда (32 ° C) във влажен въздух. В напълно сух въздух човек може да остане без забележимо прегряване в продължение на 2-3 часа при температура 50-55 ° C. Дрехи, непроницаеми за въздух (гумени, плътни и др.), които предотвратяват изпаряването на потта, също се понасят лошо: слоят въздух между дрехите и тялото бързо се насища с пари и по-нататъшното изпаряване на потта спира.

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

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

Контролирането на избора на облекло може да помогне за намаляване на топлинните загуби от изпаряване. Облеклото трябва да се избира въз основа на метеорологичните условия и текущата дейност. Не бъдете мързеливи да свалите излишните дрехи, когато натоварването расте. Ще се потите по-малко. И не бъдете мързеливи да го сложите обратно, когато натоварванията спрат. Премахнете защитата от влага и вятър, ако не вали с вятър, в противен случай дрехите ви ще се намокрят отвътре от потта ви. И при контакт с мокри дрехи ние също губим топлина чрез топлопроводимост. Водата провежда топлина 25 пъти по-добре от въздуха. Това означава, че в мокри дрехи губим топлина 25 пъти по-бързо. Ето защо е важно да поддържате дрехите си сухи.

Изпарението се разделя на 2 вида:

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

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

б) Усещане за изпотяване(при активно участиепотни жлези) - това е отделяне на топлина чрез изпаряване на потта. Средно на ден се отделят 400-500 ml пот при комфортна температура на околната среда, следователно се отделят до 300 kcal енергия. Изпаряването на 1 литър пот при човек с тегло 75 кг може да понижи телесната температура с 10 ° C. Въпреки това, ако е необходимо, обемът на изпотяване може да се увеличи до 12 литра на ден, т.е. чрез изпотяване можете да загубите до 7000 kcal на ден.

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

2. Радиация (радиация):

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

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

Човешкото тяло започва да излъчва топлина веднага щом температурата на околната среда падне под температурата на повърхността на кожата. За да предотвратите загубата на топлина от радиация, трябва да предпазите откритите части на тялото. Това се прави с облеклото. Така създаваме слой въздух в дрехите между кожата и околната среда. Температурата на този слой ще бъде равна на температурата на тялото и загубата на топлина от радиация ще намалее. Защо топлинните загуби не спират напълно? Защото сега нагрятите дрехи ще излъчват топлина, губейки я. И дори да облечете още един слой облекло, няма да спрете радиацията.

Количеството топлина, разсейвана от тялото в околната среда чрез излъчване, е пропорционално на повърхността на радиацията (площта на повърхността на тялото, която не е покрита с дрехи) и разликата в средните температури на кожата и заобикаляща среда. При температура на околната среда от 20 ° C и относителна влажност 40-60%, тялото на възрастен човек разсейва чрез излъчване около 40-50% от общата отделена топлина. Ако температурата на околната среда надвиши средната температура на кожата, човешкото тяло, поглъщайки инфрачервените лъчи, излъчвани от околните предмети, се нагрява.

Преносът на топлина чрез радиация се увеличава с понижаване на температурата на околната среда и намалява с повишаване на температурата. В условия на постоянна температура на околната среда радиацията от повърхността на тялото се увеличава с повишаване на температурата на кожата и намалява с понижаване на температурата на кожата. Ако средните температури на повърхността на кожата и околната среда се изравнят (температурната разлика става равна на нула), тогава отделянето на топлина чрез излъчване става невъзможно.

Възможно е да се намали топлопреминаването на тялото чрез излъчване чрез намаляване на повърхността на радиацията - промяна в позицията на тялото... Например, когато кучето или котката им е студено, те се свиват на топка, като по този начин намаляват повърхността за пренос на топлина; когато е горещо, животните, напротив, заемат позиция, в която повърхността за пренос на топлина е максимална. Човек не е лишен от този метод на физическа терморегулация, "свивайки се на топка", докато спи в студена стая.

3. Топлопроводимост (проводимост):

Топлопроводимост (проводимост)- това е начин на пренос на топлина, който се осъществява при контакт, контакт на човешкото тяло с другите физически тела... Количеството топлина, отделено от тялото на околната среда по този метод, е пропорционално на разликата в средните температури на контактуващите тела, площта на контактните повърхности, времето на топлинен контакт и топлопроводимостта на контактуващите тела. тяло.

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

Решение? Изолирайте тялото си от студени предмети, като използвате лоши топлопроводници. Просто казано, например, ако пътувате в планината, когато спрете, седнете на туристически килим или ролка с дрехи. Не забравяйте да поставите подходяща за времето постелка за пътуване под спалния чувал през нощта. Или, в краен случай, дебел слой суха трева или игли. Земята провежда добре (и следователно „отнема“) топлина и се охлажда много през нощта. През зимата не дръжте метални предмети с голи ръце. Използвайте ръкавици. V много студенолокално измръзване може да се получи от метални предмети.

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

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

4. Конвекция:

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

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

Когато духа вятър, положението се влошава. Вятърът носи огромни порции незагрят въздух. Дори когато обличаме топъл пуловер, вятърът не струва нищо, за да изхвърли топлия въздух от него. Същото се случва и когато се движим. Тялото ни се „разбива“ във въздуха и то се движи около нас, действайки като вятър. Това също умножава топлинните загуби.

Какво решение? Носете ветрозащита: ветровка и ветроустойчиви панталони. Не забравяйте за защитата на шията и главата. Поради активното кръвообращение в мозъка, шията и главата са най-нагрятите части на тялото, така че загубата на топлина от тях е много голяма. Също така при студено време е необходимо да избягвате издухани места както по време на шофиране, така и при избор на място за спане.

Химическа терморегулация:

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

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

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

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

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

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

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

1. Контрактилна термогенеза.

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

Волевата дейност на мускулния апарат се осъществява главно под влиянието на мозъчната кора. В същото време е възможно увеличаване на производството на топлина с 3-5 пъти в сравнение със стойността на основния метаболизъм.

Обикновено, когато температурата на околната среда и кръвната температура се понижат, първата реакция е повишаване на терморегулаторния тонус(окосмяването по тялото „настръхва“, появяват се „настръхване“). От гледна точка на механиката на свиването, този тон е микровибрация и позволява увеличаване на производството на топлина с 25-40% от първоначалното ниво. Обикновено мускулите на шията, главата, багажника и крайниците участват в създаването на тонус.

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

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

2. Неконтрактилна термогенеза:

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

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

Д. Управление на терморегулацията.

Хипоталамус.

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

Основната роля в терморегулацията се играе от хипоталамус... В него се помещават основните центрове на терморегулация, които координират множество и сложни процеси, които осигуряват поддържане на телесната температура на постоянно ниво.

Хипоталамусе малка област в диенцефалона, която включва голям бройгрупи клетки (над 30 ядра), които регулират невроендокринната активност на мозъка и хомеостазата (способността да се поддържа постоянството на своята вътрешно състояние) на организма. Хипоталамусът е свързан чрез нервни пътища с почти всички части на централната нервна система, включително кората, хипокампуса, амигдалата, малкия мозък, мозъчния ствол и гръбначния мозък. Заедно с хипофизната жлеза хипоталамусът образува хипоталамо-хипофизната система, в която хипоталамусът контролира освобождаването на хипофизните хормони и е централната връзка между нервната и ендокринната системи. Той отделя хормони и невропептиди и регулира функции като глад и жажда, терморегулация на тялото, сексуално поведение, сън и будност (циркадни ритми). Изследвания последните годинипоказват, че хипоталамусът играе важна роля в регулирането на висши функции, като памет и емоционално състояние, и по този начин участва във формирането на различни аспекти на поведението.

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

Предният хипоталамус съдържа неврони, които контролират процесите на пренос на топлина.(осигуряват физическа терморегулация - вазоконстрикция, изпотяване) При унищожаване на невроните на предния хипоталамус тялото не понася високи температури, но физиологичната активност остава в студени условия.

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

Термочувствителните нервни клетки на преоптичната област на хипоталамуса директно "измерват" температурата на артериалната кръв, протичаща през мозъка, и са силно чувствителни към температурните промени (те са в състояние да разграничат разликата в кръвната температура от 0,011 ° C). Съотношението на студо- и топлочувствителните неврони в хипоталамуса е 1: 6, така че централните терморецептори се активират предимно при повишаване на температурата на „ядрото“ на човешкото тяло.

Въз основа на анализа и интегрирането на информация за температурата на кръвта и периферните тъкани, средната (интегрална) стойност на телесната температура непрекъснато се определя в преоптичната област на хипоталамуса. Тези данни се предават чрез интеркаларни неврони към група неврони в предния хипоталамус, които задават определено ниво на телесна температура в тялото – „зададена точка“ за терморегулация. Въз основа на анализа и сравнението на средната телесна температура и целевата стойност на температурата, която трябва да се регулира, механизмите на "зададената точка" чрез ефекторните неврони на задния хипоталамус действат върху процесите на топлопренос или производство на топлина, за да доведат действителната и целевата температура на линия.

По този начин, благодарение на функцията на центъра на терморегулацията, се установява баланс между топлопроизводство и топлопредаване, което позволява поддържане на телесната температура в границите, оптимални за жизнената дейност на организма.

Ендокринна система.

Хипоталамусът контролира процесите на производство на топлина и пренос на топлина, изпращайки нервни импулси към ендокринните жлези, главно щитовидната жлеза и надбъбречните жлези.

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

Роля надбъбречни жлезисвързани с отделянето на катехоламини (адреналин, норепинефрин, допамин) в кръвния поток, които чрез увеличаване или намаляване на оксидативните процеси в тъканите (например мускулите) увеличават или намаляват производството на топлина и стесняват или разширяват кожните съдове, променяйки нивото на пренос на топлина.

Терморегулацията е свързана с механизмите за регулиране на нивото на топлопроизводство (химическа регулация) и топлопредаване (физическа регулация). Балансът на топлопроизводството и преноса на топлина се контролира от хипоталамуса, който интегрира сензорните, вегетативните, емоционалните и двигателните компоненти на адаптивното поведение.

Възприемането на температурата се осъществява от рецепторни образувания на повърхността на тялото (рецептори на кожата) и дълбоки температурни рецептори в дихателните пътища, кръвоносните съдове, вътрешните органи, в междумускулните нервни сплитове на стомашно-чревния тракт. Импулсите от тези рецептори пътуват по аферентните нерви до центъра на терморегулацията в хипоталамуса. Той активира различни механизми, които осигуряват или производство на топлина, или пренос на топлина. Механизъм за обратна връзка, включващ нервната система и кръвния поток, променя чувствителността на температурните рецептори (фиг. 15.4, 15.5). Термочувствителните образувания също се намират в различни областиЦНС - в двигателната кора, в хипоталамуса, в мозъчния ствол (ретикуларна формация, продълговатия мозък) и гръбначния мозък.

В хипоталамуса, който понякога се нарича "термостат на тялото", има не само център, който интегрира различни сензорни импулси, свързани с информация за топлина

Ориз. 15.4.

нов баланс на тялото, но и център за регулиране на двигателните реакции, които контролират промените в температурата. След дисфункция на хипоталамуса се губи способността за регулиране на телесната температура.

Предният хипоталамус контролира регулацията на топлопреминаването, за да предотврати прегряване - неговите неврони са чувствителни към температурата на изтичащата кръв. Ако работата на този център е нарушена, контролът върху телесната температура в студена среда се запазва, но в жегата той отсъства и телесната температура се повишава значително.

Друг център на терморегулация, разположен в задния хипоталамус, контролира количеството производство на топлина

Ориз. 15.5.Участието на нервната система в терморегулацията и по този начин предотвратява прекомерното охлаждане. Нарушаването на работата на този център намалява способността за засилване на енергийния метаболизъм в студена среда и телесната температура пада.

Преносът на топлина от вътрешните части на тялото към крайниците в резултат на промени в обема на кръвния поток е важно средство за регулиране на топлопреминаването чрез вазомоторни реакции. Крайниците могат да издържат на много по-широк температурен диапазон от вътрешните части на тялото и образуват отлични температурни „отдушници“, т.е. места, които могат да губят повече или по-малко топлина, в зависимост от притока на топлина от вътрешността на тялото през кръвния поток.

Терморегулацията е свързана със симпатиковата нервна система (виж Фигура 15.5). Регулира съдовия тонус; в резултат на това се променя притока на кръв към кожата (вж. гл. 4). Разширяването на подкожните съдове се придружава от забавяне на притока на кръв в тях и увеличаване на топлопреминаването (фиг. 15.6). При екстремни горещини притокът на кръв към кожата на крайниците се увеличава драстично и излишната топлина се разсейва. Близостта на вените до повърхността на кожата увеличава охлаждането на кръвта, която се връща във вътрешността на тялото.

При охлаждане съдовете се стесняват, притока на кръв към периферията намалява. При човек, когато кръвта преминава през големите съдове на ръцете и йогите, температурата й пада. Охладената венозна кръв, връщаща се вътре в тялото през съдовете, разположени в близост до артериите, улавя голям

Ориз. 15.6.Реакцията на повърхностните съдове на кожата към студ - свиване (а)а топлината - разширение (б)

делът на топлината, отделена от артериалната кръв. Такава система се нарича противотоков топлообмен.Той насърчава връщането на голямо количество топлина във вътрешността на тялото след преминаването на кръвта през крайниците. Общият ефект от такава система е намаляването на топлопреминаването. При температури на въздуха, близки до нулата, такава система не е от полза, тъй като в резултат на интензивен топлообмен между артериална и венозна кръв температурата на пръстите на ръцете и краката може да спадне значително, което може да причини измръзване.

Основният източник на производство на топлина е свързан с мускулни контракции, които са под доброволен контрол. Друг вид повишено производство на топлина в тялото може да бъде мускулен тремор – реакция на студ. Малко движение на мускулите по време на тремор повишава ефективността на производството на топлина. При тремор флексорите и екстензорите на крайниците и дъвкателните мускули се свиват ритмично и в същото време с висока честота. Честотата и силата на контракциите могат да варират. Тремор се генерира само ако посочените мускули не участват в друг вид дейност. Може да се преодолее чрез доброволна мускулна работа. Доброволното движение, като ходене, е свързано с мускулна контракция, която преодолява треперенето. И треперенето, и ходенето са придружени от образуване на топлина. Невроните на задния хипоталамус влияят върху честотата и силата на мускулните контракции по време на тремор. Този център получава импулси от центъра на терморегулацията в предния хипоталамус и от мускулните рецептори. Импулсите от мозъка се придвижват до всички нива на гръбначния мозък, където се генерират ритмични сигнали, които причиняват тремор в мускулите.

Освен това, Термална енергияобразуван от разграждането на мазнините, съхранявани в мастната тъкан. Най-ефективна в този смисъл е кафявата мазнина, разположена при новородени между лопатките и зад гръдната кост. В рамките на няколко дни след раждането производството на топлина от кафявите мастни клетки е основната реакция на студа. По-късно при децата треперенето се превръща в такава реакция. Кафявата мазнина се намира в големи количества при животни, които зимуват. Разграждането на мазнини от бялата мастна тъкан е по-малко ефективно. Бялата мазнина не допринася за образуването, а за задържането на топлина.

Механизми за пренос на топлина на тялото в студени и топлинни условия ">

Механизми за пренос на топлина на тялото при студ и топлина: а) преразпределение на кръвта между съдовете на вътрешните органи и съдовете на повърхността на кожата; б) преразпределение на кръвта в съдовете на кожата.

Физическата терморегулация се появява на по-късен етап от еволюцията. Неговите механизми не засягат процесите на клетъчния метаболизъм. Механизмите на физическата терморегулация са включени рефлекторно и имат, както всеки рефлексен механизъм, три основни компонента. Първо, това са рецептори, които възприемат промените в температурата вътре в тялото или в околната среда. Втората връзка е центърът за терморегулация. Третата връзка са ефекторите, които променят процесите на пренос на топлина, поддържайки телесната температура на постоянно ниво. В тялото, с изключение на потната жлеза, няма собствени ефектори на рефлекторния механизъм на физическата терморегулация.

Значението на физическата терморегулация

Физическата терморегулация е регулирането на топлопреминаването. Механизмите му осигуряват поддържане на телесната температура на постоянно ниво, както в условия, когато тялото е застрашено от прегряване, така и при охлаждане.

Физическата терморегулация се постига чрез промяна на отделянето на топлина от тялото. Той придобива особено значение за поддържане на постоянството на телесната температура по време на престоя на тялото в условия на повишена температура на околната среда.

Преносът на топлина се осъществява чрез топлинно излъчване (радиационен топлопренос), конвекция, т.е. движение и смесване на нагрят от тялото въздух, топлопроводимост, т.е. пренос на топлина от вещество в контакт с повърхността на тялото. Естеството на преноса на топлина от тялото се променя в зависимост от интензивността на метаболизма.

Загубата на топлина се предотвратява от слоя неподвижен въздух, който е между дрехите и кожата, тъй като въздухът е лош проводник на топлина. Слоят от подкожна мастна тъкан значително предотвратява преноса на топлина поради ниската топлопроводимост на мазнините.

Регулиране на температурата

Температурата на кожата, а оттам и интензивността на топлинното излъчване и топлопроводимостта, могат да се променят при студени или горещи условия на външната среда в резултат на преразпределение на кръвта в съдовете и с промяна в обема на циркулиращата кръв.

В студа кръвоносните съдове на кожата, главно артериолите, се стесняват; повече кръв навлиза в съдовете на коремната кухина и по този начин се ограничава топлопреминаването. Повърхностните слоеве на кожата, получаващи по-малко топла кръв, отделят по-малко топлина, така че преносът на топлина се намалява. Освен това при силно охлаждане на кожата се отварят артериовенозни анастомози, което намалява количеството кръв, влизаща в капилярите, и по този начин предотвратява преноса на топлина.

Преразпределението на кръвта, което се случва в студа - намаляване на количеството кръв, циркулиращо през повърхностните съдове и увеличаване на количеството кръв, преминаващо през съдовете на вътрешните органи - допринася за задържането на топлина във вътрешните органи, чиято температура се поддържа на постоянно ниво.

Когато температурата на околната среда се повиши, съдовете на кожата се разширяват, количеството на кръвта, циркулираща в тях, се увеличава. Обемът на циркулиращата кръв в тялото също се увеличава поради прехвърлянето на вода от тъканите към кръвоносните съдове, а също и защото далакът и другите кръвни депа изхвърлят допълнителна кръв в общия кръвен поток. Увеличаването на количеството кръв, циркулираща през съдовете на повърхността на тялото, насърчава преноса на топлина чрез радиация и конвекция. За поддържане на постоянна телесна температура при високи температури на околната среда е важно и изпотяването, което се получава поради пренос на топлина при изпаряване на водата.

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

Изотермията е характерна само за така наречените хомеотермични, или топлокръвни животни. Изотермия липсва при пойкилотермични или хладнокръвни животни, чиято телесна температура е променлива и се различава малко от температурата на околната среда.

Изотермията се развива постепенно по време на развитието на организма. При новородено бебе способността да се поддържа постоянна телесна температура е слаба. В резултат на това може да настъпи охлаждане (хипотермия) или прегряване (хипертермия) на тялото при температури на околната среда, които не засягат възрастен. Освен това дори малката мускулна работа, като например, когато бебето плаче дълго време, може да повиши телесната температура.

Температурата е един от най-важните фактори, определящи скоростта и посоката на химичните реакции. Същността на метаболизма - основната и неразделна характеристика на живота - са химичните ензимни реакции. Следователно температурата е една от най-важните константи на тялото, която се поддържа на строго постоянно ниво. Температурата на органите и тъканите, както и на целия организъм като цяло, зависи от интензивността на топлопроизводството и от количеството топлопредаване.

Производството на топлина се получава в резултат на непрекъснато протичащи екзотермични реакции. Тези реакции се проявяват във всички органи и тъкани с различна степен на интензивност. В тъканите и органите, които извършват активна работа – в мускулната тъкан, черния дроб, бъбреците, се отделя повече топлина, отколкото в по-малко активните – съединителна тъкан, кости, хрущяли.

Топлопреносът е пренос на топлина към околната среда, протича постоянно и едновременно с процеса на производство на топлина.

Загубата на топлина се случва по няколко начина. Като всяко нагрято тяло, тялото отделя топлина чрез излъчване. При условия, когато температурата на околната среда е по-ниска от телесната, топлината се отделя чрез конвекция – нагряване на въздуха или предмети, с които тялото влиза в контакт. Накрая преносът на топлина се осъществява чрез изпаряване на вода - пот от повърхността на тялото. Част от топлината се губи в издишания въздух, урината и изпражненията.

Температурата на различните органи е различна. И така, черният дроб, разположен дълбоко в тялото и даващ по-голямо производство на топлина, има по-висока и постоянна температура при хората (37,8-38 ° C) в сравнение с кожата, чиято температура е много по-ниска (в области, покрити с дрехи, 29,5-33, 9 ° C) и е по-зависим от околната среда. Освен това различните части на повърхността на кожата имат различни температури. Обикновено температурата на кожата на тялото и главата (33-34 ° C) е по-висока от температурата на крайниците. От изложеното по-горе следва, че понятието "постоянна телесна температура" е условно. Най-хубавото е, че средната температура на тялото като цяло се характеризира с температурата на кръвта в най-големите съдове, тъй като кръвта, циркулираща в тях, се нагрява в активните тъкани (по този начин ги охлажда) и се охлажда в кожата (при същевременно го затопля).

Телесната температура на човек обикновено се преценява въз основа на измерването й в подмишницата. Тук температурата е на здрав човеке равна на 36,5 -36,9 ° C. В клиниката често се измерва температурата в ректума (особено при кърмачета), където е по-висока, отколкото в подмишницата, и е равна на температурата при здрав човек средно 37,2-37,5 ° C.

Телесната температура не остава постоянна, а се колебае през деня в рамките на 0,5-0,7 ° C. Почивката и сънят понижават температурата, мускулната активност я повишава. Максималната телесна температура се наблюдава в 4-6 часа вечерта, минималната - в 3-4 часа сутринта.

Постоянството на телесната температура при човек може да се поддържа, при условие че производството на топлина и топлопреминаването на цялото тяло са равни. Това се постига чрез физиологичните механизми на терморегулация. Терморегулацията се проявява под формата на комбинация от процеси на производство на топлина и пренос на топлина, регулирани от невро-ендокринния път. Терморегулацията обикновено се разделя на химическа и физическа.

Химическата терморегулация се осъществява чрез промяна на нивото на генериране на топлина, т.е. засилване или отслабване на интензивността на метаболизма в клетките на тялото. Физическата терморегулация се осъществява чрез промяна на интензитета на отделяне на топлина.

Увеличаването на производството на топлина с контрактилна термогонеза се дължи на увеличаване на активността на мускулната тъкан. Когато скелетните доброволни мускули се свиват, производството на топлина се увеличава. Има специален вид мускулно съкращение – мускулни тремори, при които мускулите не извършват полезна работа и тяхното свиване е насочено изключително към генериране на топлина.

При термогенеза без свиване ходът на химичните реакции се променя. Не цялата енергия, освободена в процесите на дисимилация, се съдържа в молекулата на АТФ. Броят на синтезираните АТФ молекули намалява, т.к част от енергията веднага се превръща в топлина. Тялото се загрява, но работоспособността му намалява. Химическата терморегулация, базирана на метаболитни промени, е твърде скъпа, за да се поддържа постоянна телесната температура.

Химическата терморегулация е от съществено значение за поддържане на постоянна телесна температура, както при нормални условия, така и при промяна на температурата на околната среда. Механизмите на химическата терморегулация се активират, когато органите са изложени на продължително и силно охлаждане.

При хората се наблюдава увеличаване на производството на топлина поради увеличаване на скоростта на метаболизма, ако температурата на околната среда падне под оптималната температура или зоната на комфорт. При обикновено светло облекло тази зона е в диапазона 18-20 ° С, а за гол човек - 28 ° С.

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

При студени условия генерирането на топлина в мускулите се увеличава, дори ако човекът е неподвижен. Това се дължи на факта, че охлаждането на повърхността на тялото, въздействайки върху рецепторите, които възприемат студено дразнене, рефлекторно предизвиква неправилни неволни мускулни контракции, изразяващи се под формата на треперене (тръпки). В този случай метаболитните процеси на тялото се засилват значително, консумацията на кислород и въглехидрати от мускулната тъкан се увеличава, което води до увеличаване на производството на топлина.

В химическата терморегулация, освен мускулите, значителна роля играят черният дроб и бъбреците.

Освобождаването на енергия в тялото се дължи на окислителното разграждане на протеини, мазнини и въглехидрати. Следователно всички механизми, които регулират окислителните процеси, регулират и производството на топлина.

Регулаторните реакции, които осигуряват поддържане на постоянна телесна температура, са сложни рефлекторни действия, които възникват в отговор на температурно стимулиране на рецепторите.

Рецепторите, от които се задействат рефлекторните механизми на химична и физическа терморегулация, се подразделят на рецептори, които реагират на топлина и студ, или на терморецептори за топлина и студ. Те са разположени както на повърхността, така и вътре в тялото. От повърхността особено важни са терморецепторите на кожата, от вътрешната - терморецепторите на хипоталамуса.

Централният механизъм на терморегулаторната система се състои от редица части на централната нервна система, от гръбначния мозък до мозъчната кора, включително. Тя главен отделсе намира в хипоталамуса и е подразделен на център за производство на топлина и център за пренос на топлина. Импулсите от хипоталамуса преминават по низходящи пътища към центровете на автономната нервна система, разположени в продълговатия мозък и гръбначния мозък, или към невроните, които инервират набраздените мускули. След това по вегетативните и соматичните нерви информацията отива към ефекторите на терморегулацията: мускулите, потните жлези, центровете на дихателната и сърдечно-съдовата система, променяйки функциите си, за да запазят или дадат тялото. Поради връзките между структурите на хипоталамуса и хипофизната жлеза, централните структури на терморегулация през ендокринните жлези по неврохуморален начин могат да повлияят върху интензивността на метаболизма в клетките, увеличавайки производството на топлина. Това, разбира се, са рефлекторни механизми за регулиране на телесната температура. Тесните връзки на хипоталамичните центрове с мозъчната кора осигуряват условно-рефлекторно регулиране на процесите на терморегулация, фина адаптивна промяна в дейността на всички органи, участващи в терморегулацията в отговор на различни промени във външната среда.

Единственият собствен ефектор - изпълнител на физическа терморегулация - е потната жлеза. Изпотяването е най-мощният физиологичен механизъм на пренос на топлина, т.е. охлаждане. Човек в спокойно състояние губи около 20% от топлината чрез изпаряване на влагата, отделяна при изпотяване, и до 80% при мускулна работа. Интензивността на процеса на изпаряване зависи от много фактори: състоянието на тялото, температурата на околната среда, движението на въздуха и влажността. Изпаряването на водата е важен фактор за физическата терморегулация. В допълнение към собствения ефектор на потната жлеза, той се осъществява и чрез отделяне на вода по време на дишането и нейното изпаряване от повърхността на дихателните пътища. По този начин дихателната система е един от най-важните ефекти на физическата терморегулация. Промените в честотата и дълбочината на дихателните движения - термична диспнея, която се появява, когато тялото е изложено на високи температури - е важен механизъм на терморегулация при хората. Един от най-важните ефекти на физическата терморегулация е сърдечно-съдовата система, която решава проблемите както на топлопреминаването, така и на запазването на топлината и следователно участва в процесите на терморегулация при условия, застрашаващи тялото с прегряване и охлаждане. Топлината се отделя в околната среда от повърхността на тялото – кожа, подкожна мазнина и частично прилежащи мускули. Промяната в диаметъра на съдовете на тези органи води до преразпределение на количеството "загрята" циркулираща кръв. При условия, когато топлопреносът трябва да бъде намален, възниква вазоконстрикция, количеството кръв, изтичащо към повърхността на тялото, намалява и нагрята кръв, преминаваща през артериовенозни анастомози, се влива в съдовете на вътрешните органи. Температурата на повърхността на тялото намалява, а преносът на топлина чрез топлинно излъчване и конвекция намалява. При състояния, изискващи увеличаване на топлопреминаването, вазодилатацията води до увеличаване на притока на "гореща" кръв към повърхността на тялото и преносът на топлина се увеличава. В същото време при тези условия се увеличава изпотяването.