Mecanismos de termorregulación química. Termorregulación humana: ¿qué es? preguntas y tareas

En los animales de sangre caliente y en los humanos (los llamados organismos homoiotérmicos), a diferencia de los de sangre fría (o poiquilotérmicos), una temperatura corporal constante es un requisito previo para la existencia, uno de los parámetros cardinales de la homeostasis (o constancia) de el medio interno del cuerpo.

Los mecanismos fisiológicos que proporcionan la homeostasis térmica del cuerpo (sus "núcleos") se dividen en dos grupos funcionales: mecanismos de termorregulación química y física. La termorregulación química es la regulación de la producción de calor corporal. El calor se produce constantemente en el cuerpo en el proceso de reacciones redox del metabolismo. Al mismo tiempo, parte de ella se entrega al ambiente externo cuanto más, mayor es la diferencia entre la temperatura del cuerpo y el ambiente. Por lo tanto, mantener una temperatura corporal estable con una disminución de la temperatura ambiental requiere un aumento correspondiente en los procesos metabólicos y la consiguiente generación de calor, lo que compensa la pérdida de calor y conduce a la preservación del equilibrio térmico general del cuerpo y al mantenimiento de una temperatura interna constante. . El proceso de aumento reflejo de la producción de calor en respuesta a una disminución de la temperatura ambiente se denomina termorregulación química. La liberación de energía en forma de calor acompaña la carga funcional de todos los órganos y tejidos y es característica de todos los organismos vivos. La especificidad del cuerpo humano es que el cambio en la producción de calor como reacción al cambio de temperatura es una reacción especial del cuerpo que no afecta el nivel de funcionamiento de los principales sistemas fisiológicos.

La generación de calor termorregulador específico se concentra principalmente en los músculos esqueléticos y se asocia con formularios especiales funcionamiento de los músculos que no afectan su actividad motora directa. Un aumento en la generación de calor durante el enfriamiento también puede ocurrir en un músculo en reposo, así como cuando la función contráctil se apaga artificialmente por la acción de venenos específicos.

Uno de los mecanismos más comunes de generación de calor termorregulador específico en los músculos es el llamado tono termorregulador. Se expresa por microcontracciones de fibrillas, registradas como un aumento de la actividad eléctrica de un músculo externamente inmóvil durante su enfriamiento. El tono termorregulador aumenta el consumo de oxígeno por parte del músculo, a veces en más del 150%. Con un enfriamiento más fuerte, junto con un fuerte aumento en el tono termorregulador, se incluyen contracciones musculares visibles en forma de escalofríos. El intercambio de gases en este caso aumenta hasta 300-400%. Característicamente, los músculos son desiguales en términos de participación en la generación de calor termorregulador.

Con una exposición prolongada al frío, el tipo contráctil de termogénesis puede ser reemplazado (o complementado) en un grado u otro al cambiar la respiración tisular en el músculo a la llamada vía libre (no fosforilante), en la que la fase de formación y la subsiguiente ruptura de ATP se cae. Este mecanismo no está asociado con la actividad contráctil de los músculos. La masa total de calor liberada durante la respiración libre es prácticamente la misma que durante la termogénesis de la levadura, pero la mayor parte de la energía térmica se consume inmediatamente y los procesos oxidativos no pueden inhibirse por falta de ADP o fosfato inorgánico.

Esta última circunstancia permite mantener libremente un alto nivel de generación de calor durante mucho tiempo.

Los cambios en la intensidad del metabolismo causados por la influencia de la temperatura ambiental en el cuerpo humano son naturales. En un cierto rango de temperaturas externas, la producción de calor correspondiente al intercambio de un organismo en reposo es completamente compensada por su transferencia de calor "normal" (sin intensificación activa). El intercambio de calor del cuerpo con el medio ambiente es equilibrado. Este rango de temperatura se denomina zona termoneutral. El nivel de intercambio en esta zona es mínimo. A menudo hablan de un punto crítico, lo que implica un valor de temperatura específico en el que se logra un equilibrio térmico con el medio ambiente. Teóricamente, esto es cierto, pero es prácticamente imposible establecer experimentalmente tal punto debido a las constantes fluctuaciones irregulares en el metabolismo y la inestabilidad de las propiedades de aislamiento térmico de las cubiertas.

Una disminución en la temperatura del ambiente fuera de la zona termoneutral provoca un aumento reflejo en el nivel de metabolismo y producción de calor hasta que el balance de calor del cuerpo se equilibra bajo nuevas condiciones. Debido a esto, la temperatura corporal permanece sin cambios.

Un aumento en la temperatura del ambiente fuera de la zona termoneutral también provoca un aumento en el nivel de metabolismo, que es causado por la activación de mecanismos para activar la transferencia de calor, lo que requiere costos de energía adicionales para su trabajo. Esto forma una zona de termorregulación física, durante la cual la temperatura también permanece estable. Al llegar a un cierto umbral, los mecanismos para mejorar la transferencia de calor se vuelven ineficaces, comienza el sobrecalentamiento y, finalmente, la muerte del organismo.

Ya en 1902, Rubner propuso distinguir entre dos tipos de estos mecanismos: la termorregulación "química" y la "física". El primero está asociado con un cambio en la producción de calor en los tejidos (voltaje reacciones químicas intercambio), el segundo se caracteriza por la transferencia de calor y la redistribución del calor. Junto con la circulación sanguínea, un papel importante en la termorregulación física pertenece a la transpiración, por lo tanto, una función especial de transferencia de calor pertenece a la piel: aquí la sangre calentada en los músculos o en el "núcleo" se enfría, los mecanismos de transpiración y transpiración se realizan aquí.

b En la conducción de calor "normal" se puede despreciar, porque la conductividad térmica del aire es baja. La conductividad térmica del agua es 20 veces mayor, por lo que la transferencia de calor por conducción juega un papel importante y se convierte en un factor significativo en la hipotermia en el caso de ropa mojada, calcetines húmedos, etc.

b Transferencia de calor más eficiente por convección (es decir, el movimiento de partículas gaseosas o líquidas, mezclando sus capas calentadas con las enfriadas). V ambiente de aire incluso en reposo, la transferencia de calor por convección representa hasta el 30% de la pérdida de calor. El papel de la convección en el viento o en el movimiento de una persona aumenta aún más.

b La transferencia de calor por radiación de un cuerpo caliente a uno frío tiene lugar según la ley de Stefan-Boltzmann y es proporcional a la diferencia de cuarto grado de temperatura de la piel (ropa) y la superficie de los objetos circundantes. De esta forma, en condiciones de "confort", una persona desnuda cede hasta un 45% de energía térmica, pero para una persona abrigada, la pérdida de calor por radiación no juega un papel especial.

b La evaporación de la humedad de la piel y la superficie de los pulmones también es una forma eficaz de transferencia de calor (hasta un 25 %) en condiciones de "confort". En condiciones de alta temperatura ambiente y actividad muscular intensa, la transferencia de calor por evaporación del sudor juega un papel dominante: 0,6 kcal de energía se eliminan con 1 gramo de sudor. Es fácil calcular la cantidad total de calor perdido con el sudor, dado que en condiciones de intensa actividad muscular, una persona puede dar hasta 10-12 litros de líquido en una jornada laboral de ocho horas. En el frío, la pérdida de calor a través del sudor en una persona bien vestida es pequeña, pero incluso aquí se debe tener en cuenta la transferencia de calor debido a la respiración. En este proceso, dos mecanismos de transferencia de calor se combinan a la vez: convección y evaporación. La pérdida de calor y fluidos con la respiración es bastante significativa, especialmente durante una intensa actividad muscular en condiciones de baja humedad atmosférica.

Un factor importante que influye en los procesos de termorregulación son las reacciones vasomotoras (vasomotoras) de la piel. Con el estrechamiento más pronunciado del lecho vascular, la pérdida de calor puede disminuir en un 70%, con una expansión máxima, aumentar en un 90%.

Las diferencias específicas en la termorregulación química se expresan en la diferencia en el nivel del metabolismo principal (en la zona de termoneutralidad), la posición y el ancho de la zona termoneutral, la intensidad de la termorregulación química (un aumento en el metabolismo con una disminución de la temperatura ambiente por 1 "C), así como en el rango de termorregulación efectiva. Todos estos parámetros reflejan la especificidad ecológica de las especies individuales y cambian adaptativamente dependiendo de localización geográfica región, estación del año, altitud y otros factores ambientales.

Las respuestas regulatorias dirigidas a mantener una temperatura corporal constante durante el sobrecalentamiento están representadas por varios mecanismos para mejorar la transferencia de calor al ambiente externo. Entre ellos, la transferencia de calor está muy extendida y tiene una alta eficiencia al intensificar la evaporación de la humedad de la superficie del cuerpo y (y) el tracto respiratorio superior. Cuando la humedad se evapora, se consume calor, lo que puede contribuir a mantener el equilibrio térmico. La reacción se enciende cuando hay signos de un sobrecalentamiento incipiente del cuerpo.

Por lo tanto, los cambios adaptativos en la transferencia de calor en el cuerpo humano pueden tener como objetivo no solo mantener un alto nivel de metabolismo, como en la mayoría de las personas, sino también establecer un nivel bajo en condiciones que amenazan con agotar las reservas de energía.

A. La vida humana puede desarrollarse solo en un rango estrecho de temperaturas.

La temperatura tiene un impacto significativo en el curso de los procesos vitales del cuerpo humano y en su actividad fisiológica. Los procesos vitales están limitados por un estrecho rango de temperatura del ambiente interno, en el que pueden ocurrir las principales reacciones enzimáticas. Para los humanos, una disminución de la temperatura corporal por debajo de los 25 °C y un aumento por encima de los 43 °C suele ser fatal. Las células nerviosas son especialmente sensibles a los cambios de temperatura.

Calor provoca sudoración intensa, lo que conduce a la deshidratación, pérdida de sales minerales y vitaminas hidrosolubles. La consecuencia de estos procesos es la coagulación de la sangre, el deterioro del metabolismo de la sal, la secreción gástrica y el desarrollo de la deficiencia de vitaminas. La reducción de peso permitida durante la evaporación es del 2-3%. Con una pérdida de peso por evaporación del 6%, se altera la actividad mental, y con una pérdida de peso del 15-20%, se produce la muerte. El efecto sistemático de la temperatura alta provoca cambios en el sistema cardiovascular: aumento de la frecuencia cardíaca, cambios en la presión arterial, debilitamiento de la capacidad funcional del corazón. La exposición prolongada a altas temperaturas conduce a la acumulación de calor en el cuerpo, mientras que la temperatura corporal puede elevarse a 38-41 °C y puede ocurrir un golpe de calor con pérdida del conocimiento.

Temperaturas bajas pueden ser las causas del enfriamiento y la hipotermia del cuerpo. Cuando se enfría en el cuerpo, la transferencia de calor disminuye por reflejo y aumenta la producción de calor. Se produce una disminución en la transferencia de calor debido al espasmo (estrechamiento) de los vasos sanguíneos, un aumento en la resistencia térmica de los tejidos corporales. La exposición prolongada a bajas temperaturas provoca espasmos vasculares persistentes y desnutrición tisular. El aumento de la producción de calor durante el enfriamiento se logra mediante el esfuerzo de los procesos metabólicos oxidativos en el cuerpo (una disminución de la temperatura corporal de 1 °C se acompaña de un aumento de los procesos metabólicos de 10 °C). La exposición a bajas temperaturas se acompaña de un aumento de la presión arterial, del volumen inspiratorio y de una disminución de la frecuencia respiratoria. Enfriar el cuerpo cambia el metabolismo de los carbohidratos. Un gran enfriamiento va acompañado de una disminución de la temperatura corporal, inhibición de las funciones de los órganos y sistemas corporales.

B. El núcleo y la capa exterior del cuerpo.

Desde el punto de vista de la termorregulación, el cuerpo humano puede representarse como compuesto por dos componentes: externo conchas e interna núcleos.

Centro- esta es una parte del cuerpo que tiene una temperatura constante (órganos internos), y cáscara- una parte del cuerpo en la que hay un gradiente de temperatura (estos son tejidos de la capa superficial del cuerpo con un espesor de 2,5 cm). A través de la coraza se produce un intercambio de calor entre el núcleo y el ambiente, es decir, los cambios en la conductividad térmica de la coraza determinan la constancia de la temperatura del núcleo. Cambios de conductividad térmica debido a cambios en el suministro de sangre y el suministro de sangre a los tejidos del caparazón.

La temperatura de las diferentes partes del núcleo es diferente. Por ejemplo, en el hígado: 37,8-38,0°C, en el cerebro: 36,9-37,8°C. En general, la temperatura central del cuerpo humano es 37.0°С. Esto se logra a través de los procesos de termorregulación endógena, cuyo resultado es un equilibrio estable entre la cantidad de calor producido en el cuerpo por unidad de tiempo ( producción de calor) y la cantidad de calor disipado por el cuerpo durante el mismo tiempo en el medio ambiente ( disipación de calor).

La temperatura de la piel humana en diferentes áreas oscila entre 24,4 °C y 34,4 °C. La temperatura más baja se observa en los dedos de los pies, la más alta, en la axila. Es sobre la base de medir la temperatura en la axila que generalmente se juzga la temperatura corporal en un momento dado.

Según los datos promediados, la temperatura media de la piel de una persona desnuda en condiciones de temperatura del aire confortable es de 33-34°C. Hay fluctuaciones diarias en la temperatura corporal. La amplitud de oscilación puede alcanzar 1°C. La temperatura corporal es mínima en las primeras horas de la mañana (3-4 horas) y máxima durante el día (16-18 horas).

También se conoce el fenómeno de la asimetría de temperatura. Se observa en aproximadamente el 54% de los casos, y la temperatura en la axila izquierda es ligeramente más alta que en la derecha. La asimetría también es posible en otras áreas de la piel, y la gravedad de la asimetría de más de 0,5 ° C indica patología.

B. Transferencia de calor. El equilibrio de la generación de calor y la transferencia de calor en el cuerpo humano.

Los procesos de la actividad vital humana van acompañados de una continua generación de calor en su cuerpo y la liberación del calor generado al medio ambiente. El intercambio de energía térmica entre el cuerpo y el ambiente se llama p de intercambio de calor. La producción de calor y la transferencia de calor se deben a la actividad de la central sistema nervioso regulando el metabolismo, la circulación sanguínea, la sudoración y la actividad del músculo esquelético.

El cuerpo humano es un sistema autorregulador con una fuente de calor interna, en el que, en condiciones normales, la producción de calor (la cantidad de calor generado) es igual a la cantidad de calor cedido al medio externo (transferencia de calor). La constancia de la temperatura corporal se llama isoterma. Asegura la independencia de los procesos metabólicos en tejidos y órganos de las fluctuaciones en la temperatura ambiente.

La temperatura interna del cuerpo humano es constante (36,5-37°C) debido a la regulación de la intensidad de producción y transferencia de calor en función de la temperatura del ambiente externo. Y la temperatura de la piel humana bajo la influencia de condiciones externas puede variar dentro de límites relativamente amplios.

En el cuerpo humano, en 1 hora se genera tanto calor como para hervir 1 litro de agua helada. Y si el cuerpo fuera una caja impermeable al calor, entonces en una hora la temperatura del cuerpo aumentaría alrededor de 1,5 °C, y después de 40 horas alcanzaría el punto de ebullición del agua. Durante el trabajo físico intenso, la generación de calor aumenta varias veces más. Sin embargo, nuestra temperatura corporal no cambia. ¿Por qué? Se trata de equilibrar los procesos de formación y liberación de calor en el cuerpo.

El factor principal que determina el nivel de balance de calor es temperatura ambiente. Cuando se desvía de la zona de confort en el cuerpo, nuevo nivel equilibrio térmico, proporcionando isoterma en las nuevas condiciones ambientales. Esta constancia de la temperatura corporal es proporcionada por el mecanismo termorregulación, incluido el proceso de generación de calor y el proceso de liberación de calor, que están regulados por la vía neuroendocrina.

D. El concepto de termorregulación corporal.

termorregulación- este es un conjunto de procesos fisiológicos destinados a mantener una relativa constancia de la temperatura del núcleo del cuerpo en condiciones de temperatura ambiental cambiante a través de la regulación de la producción de calor y la transferencia de calor. La termorregulación tiene como objetivo prevenir violaciones del equilibrio térmico del cuerpo o su restauración, si tales violaciones ya han ocurrido, y se lleva a cabo por vía neuro-humoral.

En general, se acepta que la termorregulación es característica únicamente de los animales homoiotérmicos (estos incluyen mamíferos (incluidos los humanos) y aves), cuyo cuerpo tiene la capacidad de mantener la temperatura de las regiones internas del cuerpo a un nivel relativamente constante y suficientemente nivel alto(alrededor de 37-38°C en mamíferos y 40-42°C en aves) independientemente de los cambios en la temperatura ambiente.

El mecanismo de termorregulación se puede representar como un sistema cibernético de autocontrol con retroalimentación. Las fluctuaciones de temperatura del aire circundante actúan sobre formaciones de receptores especiales ( termorreceptores) son sensibles a la temperatura. Los termorreceptores transmiten información sobre el estado térmico del órgano a los centros de termorregulación, a su vez, los centros de termorregulación a través de fibras nerviosas, hormonas y otros biológicamente sustancias activas cambiar el nivel de transferencia de calor y producción de calor o partes del cuerpo (termorregulación local), o el cuerpo como un todo. Al apagar los centros de termorregulación con especial productos quimicos el cuerpo pierde la capacidad de mantener una temperatura constante. En los últimos años, esta característica se ha utilizado en medicina para el enfriamiento artificial del cuerpo durante operaciones quirúrgicas complejas en el corazón.

Termorreceptores de la piel.

Se estima que los humanos tienen aproximadamente 150.000 receptores de frío y 16.000 de calor que responden a los cambios de temperatura. órganos internos. Los termorreceptores se encuentran en la piel, los órganos internos, las vías respiratorias, los músculos esqueléticos y el sistema nervioso central.

Los termorreceptores de la piel se adaptan rápidamente y reaccionan no tanto a la temperatura en sí, sino a sus cambios. El número máximo de receptores se encuentra en la cabeza y el cuello, el mínimo, en las extremidades.

Los receptores de frío son menos sensibles y su umbral de sensibilidad es de 0,012°C (cuando se enfrían). El umbral de sensibilidad de los receptores térmicos es más alto y asciende a 0,007°C. Esto probablemente se deba al mayor peligro para el cuerpo de sobrecalentamiento.

D. Tipos de termorregulación.

La termorregulación se puede dividir en dos tipos principales:

1. Termorregulación física:

Evaporación (sudoración);

Radiación (radiación);

Convección.

2. Termorregulación química.

Termogénesis contráctil;

Termogénesis sin escalofríos.

Termorregulación física(un proceso que elimina el calor del cuerpo): garantiza la conservación de la temperatura corporal al cambiar la transferencia de calor del cuerpo a través de la piel (conducción y convección), la radiación (radiación) y la evaporación del agua. El retorno del calor generado constantemente en el cuerpo está regulado por un cambio en la conductividad térmica de la piel, la capa de grasa subcutánea y la epidermis. La transferencia de calor está regulada en gran medida por la dinámica de la circulación sanguínea en los tejidos conductores y aislantes del calor. A medida que aumenta la temperatura ambiente, la evaporación comienza a dominar la transferencia de calor.

La conducción, la convección y la radiación son caminos pasivos de transferencia de calor basados en las leyes de la física. Son efectivos solo si se mantiene un gradiente de temperatura positivo. Cuanto menor es la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el ambiente, menos calor se emite. Con los mismos indicadores o a una temperatura ambiente alta, las formas mencionadas no solo son ineficaces, sino que el cuerpo también se calienta. En estas condiciones, solo se activa un mecanismo de transferencia de calor en el cuerpo: la sudoración.

A temperaturas ambiente bajas (15 °C e inferiores), aproximadamente el 90 % de la transferencia de calor diaria se produce debido a la conducción y radiación de calor. En estas condiciones, no se produce sudoración visible. A una temperatura del aire de 18-22 °C, la transferencia de calor debida a la conductividad térmica y la radiación de calor disminuye, pero la pérdida de calor por parte del cuerpo aumenta al evaporarse la humedad de la superficie de la piel. Cuando la temperatura ambiente sube a 35 °C, la transferencia de calor por radiación y convección se vuelve imposible, y la temperatura corporal se mantiene en un nivel constante únicamente por la evaporación del agua de la superficie de la piel y los alvéolos de los pulmones. Con mucha humedad, cuando la evaporación del agua es difícil, puede ocurrir un sobrecalentamiento del cuerpo y puede desarrollarse un golpe de calor.

En una persona en reposo a una temperatura del aire de unos 20 °C y una transferencia de calor total de 419 kJ (100 kcal) por hora, el 66 % se pierde con la ayuda de la radiación, el 19 % de la evaporación del agua y el 15 % de la convección. . pérdida total calor corporal.

Termorregulación química(el proceso que asegura la formación de calor en el cuerpo) - se realiza a través del metabolismo y a través de la producción de calor de tejidos como los músculos, así como el hígado, la grasa parda, es decir, cambiando el nivel de generación de calor - aumentando o debilitando la intensidad del metabolismo en las células del cuerpo. cuando se oxida materia orgánica se libera energía. Parte de la energía va a síntesis de ATP(El trifosfato de adenosina es un nucleótido que juega un papel extremadamente importante en el metabolismo de la energía y las sustancias en el cuerpo). Esta energía potencial puede ser utilizada por el organismo en su actividad posterior. Todos los tejidos son la fuente de calor en el cuerpo. La sangre, que fluye a través de los tejidos, se calienta. Un aumento en la temperatura ambiente provoca una disminución refleja en el metabolismo, como resultado de lo cual disminuye la generación de calor en el cuerpo. Con una disminución de la temperatura ambiente, la intensidad de los procesos metabólicos aumenta reflexivamente y aumenta la generación de calor.

La inclusión de la termorregulación química ocurre cuando la termorregulación física es insuficiente para mantener una temperatura corporal constante.

Considere estos tipos de termorregulación.

Termorregulación física:

Bajo termorregulación física comprender la totalidad de los procesos fisiológicos que conducen a un cambio en el nivel de transferencia de calor. Existen las siguientes formas de transferir calor del cuerpo al medio ambiente:

Evaporación (sudoración);

Radiación (radiación);

Conducción de calor (conducción);

Convección.

Considerémoslos con más detalle:

1. Evaporación (sudoración):

Evaporación (sudoración)- este es el retorno de energía térmica al medio ambiente debido a la evaporación del sudor o la humedad de la superficie de la piel y las membranas mucosas de las vías respiratorias. En los humanos, el sudor es constantemente secretado por las glándulas sudoríparas de la piel (pérdida de agua "perceptible" o glandular), las membranas mucosas del tracto respiratorio se humedecen (pérdida de agua "imperceptible"). Al mismo tiempo, la pérdida “perceptible” de agua por parte del cuerpo tiene un efecto más significativo sobre la cantidad total de calor desprendido por evaporación que la pérdida “imperceptible”.

A una temperatura ambiente de unos 20°C, la evaporación de la humedad es de unos 36 g/h. Dado que en la evaporación de 1 g de agua en una persona se gastan 0,58 kcal de energía térmica, es fácil calcular que, en estas condiciones, el cuerpo de un adulto cede alrededor del 20% de todo el calor disipado al medio ambiente por evaporación. . Un aumento de la temperatura exterior, la realización de trabajos físicos, la permanencia prolongada en ropa termoaislante aumentan la sudoración y puede aumentar hasta 500-2.000 g/h.

Una persona no tolera una temperatura ambiente relativamente baja (32 ° C) en aire húmedo. En aire completamente seco, una persona puede permanecer sin sobrecalentamiento notable durante 2-3 horas a una temperatura de 50-55°C. La ropa hermética (de goma, gruesa, etc.) que evita la evaporación del sudor también es mal tolerada: la capa de aire entre la ropa y el cuerpo se satura rápidamente de vapor y se detiene la evaporación del sudor.

El proceso de transferencia de calor a través de la evaporación, aunque es solo uno de los métodos de termorregulación, tiene una ventaja excepcional: si la temperatura externa excede la temperatura promedio de la piel, entonces el cuerpo no puede emitir calor al ambiente externo por otros métodos de termorregulación. (radiación, convección y conducción), que consideraremos a continuación. En estas condiciones, el cuerpo comienza a absorber calor del exterior y la única forma de disipar el calor es aumentar la evaporación de la humedad de la superficie del cuerpo. Tal evaporación es posible siempre que la humedad del aire ambiente permanezca por debajo del 100%. Con sudoración intensa, alta humedad y baja velocidad del aire, cuando el sudor cae, sin tener tiempo de evaporarse, fusionarse y drenarse de la superficie del cuerpo, la transferencia de calor por evaporación se vuelve menos efectiva.

Cuando el sudor se evapora, nuestro cuerpo libera su energía. En realidad, gracias a la energía de nuestro cuerpo, las moléculas líquidas (es decir, el sudor) rompen los enlaces moleculares y pasan del estado líquido al gaseoso. Se gasta energía en romper enlaces y, como resultado, la temperatura corporal desciende. El refrigerador funciona con el mismo principio. Se las arregla para mantener una temperatura dentro de la cámara, mucho más baja que la temperatura ambiente. Lo hace mediante el uso de electricidad. Y lo hacemos utilizando la energía que se obtiene de la descomposición de los alimentos.

Controlar la selección de ropa puede ayudar a reducir la pérdida de calor por evaporación. La ropa debe seleccionarse según las condiciones climáticas y la actividad actual. No sea perezoso para quitarse el exceso de ropa cuando aumentan las cargas. Sudarás menos. Y que no te dé pereza volver a ponértelo cuando cesen las cargas. Retire la protección contra la humedad y el viento si no llueve con el viento, de lo contrario, la ropa se mojará por dentro, por su sudor. Y es que, en contacto con la ropa mojada, perdemos calor también por conductividad térmica. El agua conduce el calor 25 veces mejor que el aire. Esto significa que con la ropa mojada perdemos calor 25 veces más rápido. Por eso es importante mantener la ropa seca.

La evaporación se divide en 2 tipos:

a) transpiración imperceptible(sin la participación de las glándulas sudoríparas) es la evaporación del agua de la superficie de los pulmones, las membranas mucosas de las vías respiratorias y el agua que se filtra a través del epitelio de la piel (la evaporación de la superficie de la piel ocurre incluso si la piel está seca).

Durante el día, se evaporan hasta 400 ml de agua a través de las vías respiratorias, es decir, el cuerpo pierde hasta 232 kcal por día. Si es necesario, este valor se puede aumentar debido a la dificultad para respirar térmica. Alrededor de 240 ml de agua se filtran a través de la epidermis en promedio por día. Por tanto, de esta forma el organismo pierde hasta 139 kcal al día. Este valor, por regla general, no depende de los procesos de regulación y diversos factores ambientales.

b) Transpiración percibida(en participación activa glándulas sudoríparas) - Es la liberación de calor a través de la evaporación del sudor. De media, se liberan 400-500 ml de sudor al día a una temperatura ambiental agradable, por lo que se desprenden hasta 300 kcal de energía. La evaporación de 1 litro de sudor en una persona que pesa 75 kg puede disminuir la temperatura corporal en 10°C. Sin embargo, si es necesario, el volumen de sudoración puede aumentar hasta 12 litros por día, es decir. Al sudar, puedes perder hasta 7.000 kcal por día.

La eficiencia de la evaporación depende en gran medida del entorno: cuanto mayor sea la temperatura y menor la humedad, mayor será la eficiencia de la transpiración como mecanismo de transferencia de calor. Al 100% de humedad, la evaporación es imposible. A alta humedad del aire atmosférico, la temperatura alta es más difícil de tolerar que a baja humedad. En el aire saturado de vapor de agua (por ejemplo, en un baño), el sudor se libera en grandes cantidades, pero no se evapora y drena de la piel. Tal sudoración no contribuye a la liberación de calor: solo la parte del sudor que se evapora de la superficie de la piel es importante para la transferencia de calor (esta parte del sudor es la sudoración efectiva).

2. Radiación (radiación):

Emisión (radiación)- este es un método de transferencia de calor al medio ambiente por la superficie del cuerpo humano en forma de ondas electromagnéticas del rango infrarrojo (a \u003d 5-20 micrones). La radiación emite energía a todos los objetos cuya temperatura está por encima del cero absoluto. La radiación electromagnética pasa libremente a través del vacío, el aire atmosférico también puede considerarse "transparente".

Como sabes, cualquier objeto que se calienta por encima de la temperatura ambiente irradia calor. Todos lo sintieron mientras estaban sentados junto al fuego. El fuego irradia calor y calienta los objetos a su alrededor. En este caso, el fuego pierde su calor.

El cuerpo humano comienza a irradiar calor tan pronto como la temperatura ambiente desciende por debajo de la temperatura de la superficie de la piel. Para evitar la pérdida de calor por radiación, se deben proteger las áreas expuestas del cuerpo. Esto se hace con la ropa. Así, creamos una capa de aire en la ropa entre la piel y el medio ambiente. La temperatura de esta capa será igual a la temperatura del cuerpo y la pérdida de calor por radiación disminuirá. ¿Por qué no se detiene por completo la pérdida de calor? Porque ahora la ropa calentada irradiará calor, perdiéndolo. Y, aun poniéndote otra capa de ropa, no detendrás la radiación.

La cantidad de calor disipado por el cuerpo al ambiente por radiación es proporcional al área de superficie de la radiación (área de superficie del cuerpo no cubierta por la ropa) y la diferencia entre las temperaturas promedio de la piel y el ambiente . A una temperatura ambiente de 20°C y una humedad relativa del aire del 40-60%, el cuerpo de una persona adulta disipa por radiación alrededor del 40-50% del calor total emitido. Si la temperatura ambiente supera la temperatura media de la piel, el cuerpo humano se calienta al absorber los rayos infrarrojos emitidos por los objetos circundantes.

La transferencia de calor por radiación aumenta con la disminución de la temperatura ambiente y disminuye con su aumento. En condiciones de temperatura ambiente constante, la radiación de la superficie del cuerpo aumenta con el aumento de la temperatura de la piel y disminuye con su disminución. Si se igualan las temperaturas medias de la superficie de la piel y del entorno (la diferencia de temperatura se vuelve igual a cero), la transferencia de calor por radiación se vuelve imposible.

Es posible reducir la transferencia de calor del cuerpo por radiación al reducir el área de superficie de radiación - cambio en la posición del cuerpo. Por ejemplo, cuando un perro o un gato tienen frío, se acurrucan en una bola, lo que reduce la superficie de transferencia de calor; cuando hace calor, los animales, por el contrario, toman una posición en la que la superficie de transferencia de calor aumenta al máximo. Una persona no se ve privada de este método de termorregulación física, "acurrucándose como una bola" mientras duerme en una habitación fría.

3. Conducción de calor (conducción):

Conducción de calor (conducción)- esta es una forma de transferencia de calor, que tiene lugar durante el contacto, el contacto del cuerpo humano con otros cuerpos físicos. La cantidad de calor emitido por el cuerpo al medio ambiente de esta manera es proporcional a la diferencia en las temperaturas promedio de los cuerpos en contacto, el área de las superficies en contacto, el tiempo de contacto térmico y la conductividad térmica del contacto. cuerpo.

La pérdida de calor por conducción ocurre cuando hay contacto directo con un objeto frío. En este momento, nuestro cuerpo desprende su calor. La tasa de pérdida de calor depende en gran medida de la conductividad térmica del objeto con el que estamos en contacto. Por ejemplo, la conductividad térmica de la piedra es 10 veces mayor que la de la madera. Por tanto, sentados sobre una piedra, perderemos calor mucho más rápido. Probablemente haya notado que sentarse sobre una piedra es algo más frío que sentarse sobre un tronco.

¿Solución? Aísle su cuerpo de objetos fríos utilizando malos conductores de calor. En pocas palabras, por ejemplo, si viaja por las montañas, luego se detiene, siéntese en una alfombra turística o en un paquete de ropa. Por la noche, asegúrese de poner una alfombra turística debajo del saco de dormir que coincida con las condiciones climáticas. O, en casos extremos, una gruesa capa de hierba seca o agujas. La tierra conduce bien (y por lo tanto “quita”) el calor y se enfría mucho por la noche. En invierno, no recoja objetos metálicos con las manos desnudas. Usa guantes. V muy frio de objetos metálicos puede obtener congelación local.

El aire seco, el tejido adiposo se caracterizan por una baja conductividad térmica y son aislantes térmicos (malos conductores del calor). La ropa reduce la transferencia de calor. La pérdida de calor se evita gracias a la capa de aire inmóvil que se encuentra entre la ropa y la piel. Las propiedades de aislamiento térmico de la ropa son más altas, más fina es la estructura celular de su estructura, que contiene aire. Esto explica las buenas propiedades de aislamiento térmico de la ropa de lana y piel, lo que hace posible que el cuerpo humano reduzca la disipación de calor a través de la conducción del calor. La temperatura del aire debajo de la ropa alcanza los 30°C. Por el contrario, un cuerpo desnudo pierde calor, ya que el aire en su superficie cambia constantemente. Por tanto, la temperatura de la piel de las partes desnudas del cuerpo es mucho más baja que la de las vestidas.

El aire húmedo saturado con vapor de agua se caracteriza por una alta conductividad térmica. Por lo tanto, la estancia de una persona en un ambiente con alta humedad a baja temperatura va acompañada de un aumento de la pérdida de calor corporal. La ropa mojada también pierde sus propiedades aislantes.

4. Convección:

Convección- este es un método de transferencia de calor del cuerpo, que se lleva a cabo mediante la transferencia de calor mediante el movimiento de partículas de aire (agua). La disipación de calor por convección requiere un flujo de aire alrededor de la superficie del cuerpo con una temperatura inferior a la de la piel. Al mismo tiempo, la capa de aire en contacto con la piel se calienta, reduce su densidad, asciende y es sustituida por aire más frío y denso. En condiciones en las que la temperatura del aire es de 20°C y la humedad relativa es del 40-60%, el cuerpo de una persona adulta disipa alrededor del 25-30% del calor en el ambiente a través de la conducción y convección de calor (convección básica). Con un aumento en la velocidad de movimiento de los flujos de aire (viento, ventilación), la intensidad de la transferencia de calor (convección forzada) también aumenta significativamente.

La esencia del proceso de convección radica en lo siguiente- nuestro cuerpo calienta el aire cerca de la piel; el aire calentado se vuelve más liviano que el aire frío y asciende, y es reemplazado por aire frío, que vuelve a calentarse, se vuelve más liviano y es desplazado por la siguiente porción de aire frío. Si el aire caliente no se captura con la ayuda de la ropa, este proceso será interminable. De hecho, no es la ropa lo que nos calienta, sino el aire que retiene.

Cuando sopla el viento, la situación empeora. El viento transporta grandes porciones de aire sin calentar. Incluso cuando nos ponemos un suéter abrigado, el viento no hace nada para expulsar el aire caliente de él. Lo mismo sucede cuando nos movemos. Nuestro cuerpo se "estrella" en el aire, que fluye a nuestro alrededor, actuando como el viento. Esto también multiplica la pérdida de calor.

¿Qué solución? Llevar una capa cortavientos: cortavientos y pantalones cortavientos. No olvides proteger tu cuello y cabeza. Debido a la circulación sanguínea activa del cerebro, el cuello y la cabeza son las partes del cuerpo que más se calientan, por lo que la pérdida de calor es muy grande. Además, cuando hace frío, se deben evitar los lugares ventosos tanto al conducir como al elegir un lugar para dormir.

Termorregulación química:

Termorregulación química la generación de calor se lleva a cabo debido a un cambio en el nivel del metabolismo (procesos oxidativos) causado por la microvibración muscular (oscilaciones), lo que conduce a un cambio en la formación de calor en el cuerpo.

La fuente de calor en el cuerpo son las reacciones exotérmicas de oxidación de proteínas, grasas, carbohidratos, así como la hidrólisis de ATP (el trifosfato de adenosina es un nucleótido que juega un papel extremadamente importante en el metabolismo de la energía y las sustancias en el cuerpo; primero de todos, este compuesto es conocido como una fuente universal de energía para todos los procesos bioquímicos que ocurren en los sistemas vivos). Durante la descomposición de los nutrientes, parte de la energía liberada se acumula en ATP, parte se disipa en forma de calor (el calor primario es el 65-70% de la energía). Cuando se utilizan enlaces macroérgicos Moléculas de ATP parte de la energía se utiliza para trabajo útil, y algo se disipa (calor secundario). Por lo tanto, dos flujos de calor, primario y secundario, son producción de calor.

La termorregulación química es importante para mantener una temperatura corporal constante tanto en condiciones normales como cuando la temperatura ambiente cambia. En humanos, se nota un aumento en la generación de calor debido a un aumento en la intensidad del metabolismo, en particular, cuando la temperatura ambiente se vuelve más baja que la temperatura óptima, o zona de confort. Para una persona con ropa ligera ordinaria, esta zona está en el rango de 18-20°C, y para una persona desnuda es de 28°C.

La temperatura óptima durante una estancia en el agua es más alta que en el aire. Esto se debe al hecho de que el agua, que tiene una alta capacidad calorífica y conductividad térmica, enfría el cuerpo 14 veces más que el aire, por lo tanto, en un baño frío, el metabolismo aumenta significativamente más que durante la exposición al aire a la misma temperatura.

La generación de calor más intensa en el cuerpo ocurre en los músculos. Incluso si una persona yace inmóvil, pero con los músculos tensos, la intensidad de los procesos oxidativos y, al mismo tiempo, la generación de calor aumentan en un 10%. Una pequeña actividad física conduce a un aumento en la generación de calor en un 50-80% y un trabajo muscular intenso en un 400-500%.

El hígado y los riñones también juegan un papel importante en la termorregulación química. La temperatura de la sangre de la vena hepática es más alta que la temperatura de la sangre de la arteria hepática, lo que indica una intensa generación de calor en este órgano. Cuando el cuerpo se enfría, aumenta la producción de calor en el hígado.

Si es necesario aumentar la producción de calor, además de la posibilidad de obtener calor del exterior, se utilizan mecanismos en el cuerpo que aumentan la producción de energía térmica. Estos mecanismos incluyen contractible y termogénesis sin escalofríos.

1. Termogénesis contráctil.

Este tipo de termorregulación funciona cuando tenemos frío y necesitamos elevar nuestra temperatura corporal. Este método está incluido en contracción muscular. Con la contracción muscular, aumenta la hidrólisis de ATP, por lo tanto, aumenta el flujo de calor secundario, que va a calentar el cuerpo.

La actividad arbitraria del aparato muscular, ocurre principalmente bajo la influencia de la corteza cerebral. Al mismo tiempo, es posible un aumento en la producción de calor de 3 a 5 veces en comparación con el valor del intercambio principal.

Por lo general, cuando la temperatura del medio y la temperatura de la sangre disminuyen, la primera reacción es aumento del tono termorregulador(el pelo en el cuerpo "se pone de punta", aparece "piel de gallina"). Desde el punto de vista de la mecánica de contracción, este tono es una microvibración y le permite aumentar la producción de calor en un 25-40% del nivel inicial. Por lo general, los músculos del cuello, la cabeza, el tronco y las extremidades participan en la creación del tono.

Con una hipotermia más significativa, el tono termorregulador se convierte en un tipo especial de contracción muscular: escalofrío muscular, en el que los músculos no realizan un trabajo útil y su contracción tiene como único objetivo generar calor.El escalofrío es una actividad rítmica involuntaria de los músculos ubicados superficialmente, como resultado de lo cual los procesos metabólicos del cuerpo se mejoran significativamente, el consumo de aumenta el oxígeno y los carbohidratos por el tejido muscular, lo que conlleva un aumento en la producción de calor. El temblor a menudo comienza con los músculos del cuello y la cara. Esto se debe a que, en primer lugar, la temperatura de la sangre que fluye hacia el cerebro debe aumentar. Se cree que la producción de calor durante los escalofríos es de 2 a 3 veces mayor que durante la actividad muscular voluntaria.

El mecanismo descrito funciona a nivel reflejo, sin la participación de nuestra conciencia. Pero puedes elevar la temperatura corporal con la ayuda de actividad motora consciente. Al realizar actividad física de diferente potencia, la producción de calor aumenta de 5 a 15 veces en comparación con el nivel de descanso. Durante los primeros 15 a 30 minutos de funcionamiento a largo plazo, la temperatura central aumenta con bastante rapidez hasta un nivel relativamente estacionario y luego permanece en este nivel o continúa aumentando lentamente.

2. Termogénesis sin escalofríos:

Este tipo de termorregulación puede provocar tanto un aumento como una disminución de la temperatura corporal. Se lleva a cabo acelerando o ralentizando los procesos metabólicos catabólicos (oxidación ácidos grasos). Y esto, a su vez, conducirá a una disminución o aumento en la producción de calor. Debido a este tipo de termogénesis, el nivel de producción de calor en una persona puede aumentar 3 veces en comparación con el nivel del metabolismo basal.

La regulación de los procesos de termogénesis sin escalofríos se lleva a cabo mediante la activación del sistema nervioso simpático, la producción de hormonas tiroideas y la médula suprarrenal.

E. Control de la termorregulación.

Hipotálamo.

El sistema de termorregulación consta de una serie de elementos con funciones interrelacionadas. La información sobre la temperatura proviene de los termorreceptores y, con la ayuda del sistema nervioso, ingresa al cerebro.

Juega un papel importante en la termorregulación. hipotálamo. Contiene los principales centros de termorregulación, que coordinan numerosos y complejos procesos que aseguran la conservación de la temperatura corporal en un nivel constante.

hipotálamo es una pequeña área en el diencéfalo que incluye Número grande grupos de células (más de 30 núcleos) que regulan la actividad neuroendocrina del cerebro y la homeostasis (la capacidad de mantener la constancia de su estado interno) organismo. El hipotálamo está conectado por vías neurales a casi todas las partes del sistema nervioso central, incluida la corteza, el hipocampo, la amígdala, el cerebelo, el tronco encefálico y la médula espinal. Junto con la glándula pituitaria, el hipotálamo forma el sistema hipotálamo-pituitario, en el que el hipotálamo controla la liberación de hormonas pituitarias y es el enlace central entre los sistemas nervioso y endocrino. Secreta hormonas y neuropéptidos, y regula funciones como el hambre y la sed, la termorregulación corporal, la conducta sexual, el sueño y la vigilia (ritmos circadianos). Investigar años recientes muestran que el hipotálamo también juega un papel importante en la regulación de funciones superiores como la memoria y condición emocional, y por lo tanto participa en la formación de varios aspectos del comportamiento.

La destrucción de los centros del hipotálamo o la interrupción de las conexiones nerviosas conduce a la pérdida de la capacidad de regular la temperatura corporal.

El hipotálamo anterior contiene neuronas que controlan la transferencia de calor.(Proporcionan termorregulación física - vasoconstricción, sudoración) Cuando se destruyen las neuronas del hipotálamo anterior, el cuerpo no tolera las altas temperaturas, pero la actividad fisiológica se conserva en condiciones de frío.

Las neuronas del hipotálamo posterior controlan los procesos de producción de calor.(Proporcionan termorregulación química - aumento de la generación de calor, temblores musculares) Cuando se dañan, la capacidad de aumentar el metabolismo energético se ve afectada, por lo que el cuerpo no tolera bien el frío.

Las células nerviosas termosensibles de la región preóptica del hipotálamo "miden" directamente la temperatura de la sangre arterial que circula por el cerebro y son muy sensibles a los cambios de temperatura (son capaces de distinguir entre una diferencia de temperatura de la sangre de 0,011 °C). La proporción de neuronas sensibles al frío y al calor en el hipotálamo es de 1:6, por lo que los termorreceptores centrales se activan predominantemente cuando aumenta la temperatura del "núcleo" del cuerpo humano.

Basado en el análisis e integración de información sobre el valor de la temperatura de la sangre y los tejidos periféricos, el valor promedio (integral) de la temperatura corporal se determina continuamente en la región preóptica del hipotálamo. Estos datos se transmiten a través de neuronas intercaladas a un grupo de neuronas en el hipotálamo anterior, que establecen un cierto nivel de temperatura corporal en el cuerpo: el "punto de ajuste" de la termorregulación. Con base en el análisis y comparación de los valores de la temperatura corporal promedio y el valor de consigna de la temperatura a regular, los mecanismos del “set point” a través de las neuronas efectoras del hipotálamo posterior inciden en los procesos de transferencia de calor o producción de calor para igualar la temperatura real y la nominal.

Así, debido a la función del centro de termorregulación, se establece un equilibrio entre la producción y la transferencia de calor, lo que permite mantener la temperatura corporal dentro de los límites óptimos para la vida del cuerpo.

Sistema endocrino.

El hipotálamo controla los procesos de producción y transferencia de calor enviando impulsos nerviosos a las glándulas endocrinas, principalmente la tiroides y las glándulas suprarrenales.

Participación glándula tiroides en la termorregulación se debe a que la influencia de la baja temperatura provoca una mayor liberación de sus hormonas (tiroxina, triyodotironina), que aceleran el metabolismo y, en consecuencia, la generación de calor.

Papel glándulas suprarrenales asociado con su liberación en la sangre de catecolaminas (adrenalina, norepinefrina, dopamina), que, aumentando o disminuyendo los procesos oxidativos en los tejidos (por ejemplo, músculo), aumentan o disminuyen la producción de calor y contraen o aumentan los vasos de la piel, cambiando el nivel de calor transferir.

La termorregulación está asociada a los mecanismos de regulación del nivel de producción de calor (regulación química) y transferencia de calor (regulación física). El equilibrio entre la producción y la transferencia de calor está controlado por el hipotálamo, que integra componentes sensoriales, vegetativos, emocionales y motores del comportamiento adaptativo.

La percepción de la temperatura se lleva a cabo mediante formaciones de receptores en la superficie del cuerpo (receptores de la piel) y receptores de temperatura profundos en el tracto respiratorio, vasos sanguíneos, órganos internos y en los plexos nerviosos intermusculares del tracto gastrointestinal. Los nervios aferentes envían impulsos desde estos receptores al centro termorregulador en el hipotálamo. Activa varios mecanismos que proporcionan producción de calor o transferencia de calor. El mecanismo de retroalimentación que involucra al sistema nervioso y al flujo sanguíneo cambia la sensibilidad de los receptores de temperatura (Fig. 15.4, 15.5). Las formaciones termosensibles también se encuentran en Diferentes areas SNC: en la corteza motora, en el hipotálamo, en la región del tronco encefálico (formación reticular, bulbo raquídeo) y médula espinal.

En el hipotálamo, que a veces se llama el "termostato del cuerpo", no solo hay un centro que integra varios impulsos sensoriales asociados con información sobre el calor.

Arroz. 15.4.

equilibrio del cuerpo, sino también el centro de regulación de las reacciones motoras que controlan los cambios en el régimen de temperatura. Después de la disfunción del hipotálamo, se pierde la capacidad de regular la temperatura corporal.

El control de la regulación de la transferencia de calor para evitar el sobrecalentamiento está asociado con el hipotálamo anterior: sus neuronas son sensibles a la temperatura de la sangre que fluye. En caso de interrupción del trabajo de este centro, el control de la temperatura corporal se mantiene en un ambiente frío, pero en el calor está ausente y la temperatura corporal aumenta significativamente.

Otro centro termorregulador ubicado en el hipotálamo posterior controla la cantidad de producción de calor.

Arroz. 15.5. La participación del sistema nervioso en la termorregulación y por lo tanto evita el enfriamiento excesivo. La violación del trabajo de este centro reduce la capacidad de aumentar el metabolismo energético en un ambiente frío y la temperatura corporal desciende.

La transferencia de calor de las regiones internas del cuerpo a las extremidades como resultado de cambios en el volumen del flujo sanguíneo es un medio importante para regular la transferencia de calor a través de reacciones vasomotoras. Las extremidades soportan un rango de temperaturas mucho más amplio que las regiones internas del cuerpo y forman excelentes "respiraderos" térmicos, es decir, lugares que pueden proporcionar más o menos pérdida de calor, dependiendo de la entrada de calor desde las regiones internas del cuerpo a través del torrente sanguíneo.

La termorregulación está asociada con el sistema nervioso simpático (v. fig. 15.5). Regula el tono vascular; como resultado, cambia el flujo de sangre a la piel (vea el Capítulo 4). La expansión de los vasos subcutáneos se acompaña de una disminución del flujo sanguíneo en ellos y un aumento de la transferencia de calor (Fig. 15.6). En condiciones de calor extremo, el flujo de sangre a la piel de las extremidades aumenta drásticamente y el exceso de calor se disipa. La proximidad de las venas a la superficie de la piel aumenta el enfriamiento de la sangre, que vuelve a las regiones internas del cuerpo.

Cuando se enfrían, los vasos se estrechan y el flujo de sangre a la periferia disminuye. En los humanos, a medida que la sangre pasa por los grandes vasos de las manos y el yoga, su temperatura desciende. La sangre venosa enfriada, que regresa al interior del cuerpo a través de los vasos situados cerca de las arterias, capta una gran

Arroz. 15.6. La reacción de los vasos superficiales de la piel al frío - estrechamiento (a) y calor - expansión (B)

la proporción de calor desprendido por la sangre arterial. Tal sistema se llama intercambio de calor a contracorriente. Favorece el retorno de una gran cantidad de calor a las zonas internas del cuerpo tras el paso de la sangre por las extremidades. El efecto general de tal sistema es una reducción en la transferencia de calor. A una temperatura del aire cercana a cero, dicho sistema no es beneficioso, ya que como resultado del intenso intercambio de calor entre la sangre arterial y venosa, la temperatura de los dedos de manos y pies puede disminuir significativamente, lo que puede causar congelación.

La principal fuente de producción de calor está asociada con las contracciones musculares, que están bajo control voluntario. Otro tipo de aumento de la producción de calor en el cuerpo pueden ser los temblores musculares, una reacción al frío. Un ligero movimiento de los músculos durante los escalofríos aumenta la eficiencia de la producción de calor. Al temblar, los flexores y extensores de las extremidades y los músculos masticatorios se contraen rítmicamente y simultáneamente con gran frecuencia. La frecuencia y la fuerza de la contracción pueden variar. El temblor solo se genera si dichos músculos no están involucrados en otra actividad. Se puede superar con trabajo muscular voluntario. Los movimientos voluntarios, como caminar, están asociados con la contracción muscular que supera el temblor. Tanto el temblor como la marcha van acompañados de la formación de calor. Las neuronas del hipotálamo posterior influyen en la frecuencia y la fuerza de las contracciones musculares durante el temblor. Este centro recibe impulsos del centro termorregulador del hipotálamo anterior y de los receptores musculares. Los impulsos del cerebro llegan a todos los niveles de la médula espinal, donde surgen señales rítmicas que provocan temblores en los músculos.

Es más, energía térmica formado por la descomposición de las grasas almacenadas en el tejido adiposo. La más eficaz en este sentido es la grasa parda, situada en los recién nacidos entre los omoplatos y detrás del esternón. Unos días después del nacimiento, la producción de calor, proporcionada por las células de grasa marrón, es la principal reacción al frío. Posteriormente en los niños, esta reacción se convierte en temblor. La grasa parda se encuentra en grandes cantidades en los animales que hibernan. La descomposición de la grasa del tejido adiposo blanco es menos eficiente. La grasa blanca no contribuye a la formación, sino a la conservación del calor.

Mecanismos de transferencia de calor del cuerpo en condiciones de frío y calor ">

Mecanismos de transferencia de calor del cuerpo en condiciones de frío y calor: a) redistribución de sangre entre los vasos de los órganos internos y los vasos de la superficie de la piel; b) redistribución de la sangre en los vasos de la piel.

La termorregulación física apareció en etapas posteriores de la evolución. Sus mecanismos no afectan los procesos del metabolismo celular. Los mecanismos de termorregulación física se activan de forma refleja y, como cualquier mecanismo reflejo, tienen tres componentes principales. En primer lugar, estos son receptores que perciben los cambios de temperatura en el interior del cuerpo o del medio ambiente. El segundo eslabón es el centro de termorregulación. El tercer eslabón son los efectores que cambian los procesos de transferencia de calor, manteniendo la temperatura corporal a un nivel constante. En el cuerpo, a excepción de la glándula sudorípara, no existen efectores propios del mecanismo reflejo de la termorregulación física.

Importancia de la termorregulación física

La termorregulación física es la regulación de la transferencia de calor. Sus mecanismos aseguran el mantenimiento de la temperatura corporal a un nivel constante, tanto en condiciones en las que el cuerpo está amenazado de sobrecalentamiento como durante el enfriamiento.

La termorregulación física se lleva a cabo mediante cambios en la liberación de calor por parte del cuerpo. Adquiere particular importancia en el mantenimiento de una temperatura corporal constante durante la estancia del cuerpo en condiciones de temperatura ambiente elevada.

La transferencia de calor se lleva a cabo por radiación de calor (transferencia de calor por radiación), convección, es decir, movimiento y mezcla de aire calentado por el cuerpo, conducción de calor, es decir. disipación de calor por una sustancia en contacto con la superficie del cuerpo. La naturaleza de la transferencia de calor por el cuerpo varía según la intensidad del metabolismo.

La pérdida de calor se evita mediante la capa de aire inmóvil que se encuentra entre la ropa y la piel, ya que el aire es un mal conductor del calor. En gran medida, la capa de tejido graso subcutáneo impide la transferencia de calor debido a la baja conductividad térmica de la grasa.

Regulación de la temperatura

La temperatura de la piel y, por lo tanto, la intensidad de la radiación y la conducción del calor pueden cambiar en condiciones ambientales frías o calientes como resultado de la redistribución de la sangre en los vasos y con cambios en el volumen de sangre circulante.

En el frío, los vasos sanguíneos de la piel, principalmente las arteriolas, se contraen; más sangre ingresa a los vasos de la cavidad abdominal y, por lo tanto, la transferencia de calor es limitada. Las capas superficiales de la piel, al recibir sangre menos caliente, irradian menos calor, por lo que la transferencia de calor disminuye. Además, con un fuerte enfriamiento de la piel, se abren las anastomosis arteriovenosas, lo que reduce la cantidad de sangre que ingresa a los capilares y, por lo tanto, evita la transferencia de calor.

La redistribución de la sangre que ocurre en el frío, una disminución en la cantidad de sangre que circula a través de los vasos superficiales y un aumento en la cantidad de sangre que pasa a través de los vasos de los órganos internos, contribuye a la conservación del calor en los órganos internos. , cuya temperatura se mantiene a un nivel constante.

Cuando la temperatura ambiente aumenta, los vasos de la piel se expanden, aumenta la cantidad de sangre que circula en ellos. El volumen de sangre que circula por todo el cuerpo también aumenta debido a la transferencia de agua de los tejidos a los vasos, y también porque el bazo y otros depósitos de sangre liberan sangre adicional a la circulación general. Un aumento en la cantidad de sangre que circula a través de los vasos superficiales del cuerpo promueve la transferencia de calor por radiación y convección. Para mantener una temperatura corporal constante a altas temperaturas ambientales, también es importante la sudoración, que se produce debido a la transferencia de calor en el proceso de evaporación del agua.

La temperatura corporal de los seres humanos y los animales superiores se mantiene a un nivel relativamente constante, a pesar de las fluctuaciones de la temperatura ambiente. Esta constancia de la temperatura corporal se llama isotermia.

La isotermia es característica únicamente de los llamados animales homootérmicos o de sangre caliente. La isoterma está ausente en los animales poiquilotérmicos o de sangre fría, cuya temperatura corporal es variable y difiere poco de la temperatura ambiente.

La isotermia en el proceso de desarrollo del organismo se desarrolla gradualmente. En un bebé recién nacido, la capacidad de mantener una temperatura corporal constante es débil. Como resultado, el enfriamiento (hipotermia) o el sobrecalentamiento (hipertermia) del cuerpo pueden ocurrir a temperaturas ambientales que no afectan a un adulto. Además, incluso el trabajo de los músculos pequeños, como el llanto prolongado de un niño, puede aumentar la temperatura corporal.

La temperatura es uno de los factores más importantes que determinan la velocidad y dirección de las reacciones químicas. La esencia del metabolismo, la característica principal e integral de la vida, son las reacciones químicas enzimáticas. Por lo tanto, la temperatura es una de las constantes más importantes del cuerpo, que se mantiene en un nivel estrictamente constante. La temperatura de los órganos y tejidos, así como de todo el organismo en su conjunto, depende de la intensidad de la producción de calor y de la magnitud de la transferencia de calor.

La producción de calor ocurre como resultado de reacciones exotérmicas que ocurren continuamente. Estas reacciones ocurren en todos los órganos y tejidos con diversos grados de intensidad. En los tejidos y órganos que realizan un trabajo activo (en tejido muscular, hígado, riñones, se libera más calor que en los menos activos): tejido conectivo, huesos, cartílago.

La transferencia de calor es la liberación de calor en el medio ambiente, continúa de manera constante y simultánea con el proceso de producción de calor.

La pérdida de calor se produce de varias maneras. Como todo cuerpo calentado, el cuerpo desprende calor por radiación. En condiciones en las que la temperatura ambiente es inferior a la temperatura corporal, el calor se libera por convección, calentando el aire o los objetos con los que el cuerpo entra en contacto. Finalmente, la transferencia de calor se lleva a cabo por evaporación de agua - sudor de la superficie del cuerpo. Parte del calor se pierde con el aire exhalado, la orina y las heces.

La temperatura de diferentes órganos es diferente. Así, el hígado, situado en lo más profundo del cuerpo y dando mayor producción de calor, tiene una temperatura más alta y constante en los humanos (37,8-38 °C) en comparación con la piel, cuya temperatura es mucho más baja (en zonas cubiertas con ropa 29,5 -33 9°C) y depende más del medio ambiente. Al mismo tiempo, diferentes partes de la superficie de la piel tienen diferentes temperaturas. Habitualmente la temperatura de la piel del tronco y la cabeza (33-34°C) es superior a la temperatura de las extremidades. De lo anterior se deduce que el concepto de "temperatura corporal constante" es condicional. Lo mejor de todo es que la temperatura media del cuerpo en su conjunto se caracteriza por la temperatura de la sangre en los vasos más grandes, ya que la sangre que circula en ellos se calienta en los tejidos activos (enfriándolos) y se enfría en la piel (calentando simultáneamente eso).

La temperatura corporal de una persona generalmente se juzga sobre la base de su medición en la axila. Aquí la temperatura es persona saludable igual a 36,5-36,9 °C. En la clínica, a menudo (especialmente en los bebés) se mide la temperatura en el recto, donde es más alta que en la axila, y es igual a la temperatura en una persona sana, en promedio 37,2-37,5 °C.

La temperatura corporal no permanece constante, sino que fluctúa durante el día entre 0,5 y 0,7 °C. Descansar y dormir baja la temperatura, la actividad muscular la eleva. La temperatura corporal máxima se observa a las 4-6 pm, la mínima, a las 3-4 am.

La constancia de la temperatura corporal en una persona se puede mantener bajo la condición de igualdad de producción de calor y transferencia de calor de todo el organismo. Esto se logra a través de los mecanismos fisiológicos de termorregulación. La termorregulación se manifiesta en forma de una combinación de procesos de producción y transferencia de calor, regulados por la vía neuroendocrina. La termorregulación se suele dividir en química y física.

La termorregulación química se lleva a cabo cambiando el nivel de generación de calor, es decir, aumento o disminución en la intensidad del metabolismo en las células del cuerpo. La termorregulación física se lleva a cabo cambiando la intensidad de la transferencia de calor.

El aumento de la producción de calor durante la termogénesis contráctil se produce debido a un aumento de la actividad del tejido muscular. Con la contracción de los músculos esqueléticos voluntarios, aumenta la producción de calor. Existe un tipo especial de contracción muscular: el temblor muscular, en el que los músculos no realizan un trabajo útil y su contracción tiene como único objetivo generar calor.

Con la termogénesis sin escalofríos, el curso de las reacciones químicas cambia. No toda la energía liberada en los procesos de disimilación está contenida en las moléculas de ATP. El número de moléculas de ATP sintetizadas disminuye, porque. Parte de la energía se convierte inmediatamente en calor. El cuerpo se calienta, pero su capacidad de trabajo disminuye. La termorregulación química, basada en un cambio en el metabolismo, es un precio demasiado alto para mantener la temperatura corporal a un nivel constante.

La termorregulación química es fundamental para mantener una temperatura corporal constante, tanto en condiciones normales como cuando la temperatura ambiente cambia. Los mecanismos de termorregulación química se activan cuando los órganos se someten a un enfriamiento prolongado y severo.

En los humanos, hay un aumento en la producción de calor debido a un aumento en la intensidad del metabolismo, si la temperatura ambiente cae por debajo de la temperatura óptima o zona de confort. Con ropa ligera ordinaria, esta zona está en el rango de 18-20°C, y para una persona desnuda - 28°C.

La producción de calor más intensa en el cuerpo ocurre en los músculos. Incluso si una persona permanece inmóvil, pero con los músculos tensos, los procesos oxidativos y, al mismo tiempo, la producción de calor aumentan en un 10%. Una pequeña actividad física conduce a un aumento en la generación de calor en un 50-80% y un trabajo muscular intenso en un 400-500%.

En condiciones de frío, aumenta la generación de calor en los músculos, incluso si la persona está inmóvil. Esto se debe a que el enfriamiento de la superficie del cuerpo, actuando sobre los receptores que perciben la irritación por frío, provoca de forma refleja contracciones musculares involuntarias caóticas, que se manifiestan en forma de temblores (escalofríos). Al mismo tiempo, los procesos metabólicos del cuerpo se mejoran significativamente, aumenta el consumo de oxígeno y carbohidratos por parte del tejido muscular, lo que implica un aumento en la producción de calor.

En la termorregulación química, además de los músculos, el hígado y los riñones juegan un papel importante.

La liberación de energía en el cuerpo ocurre debido a la descomposición oxidativa de proteínas, grasas y carbohidratos. Por lo tanto, todos los mecanismos que regulan los procesos oxidativos también regulan la producción de calor.

Las reacciones reguladoras que mantienen una temperatura corporal constante son actos reflejos complejos que ocurren en respuesta a la estimulación térmica de los receptores.

Los receptores a partir de los cuales se activan los mecanismos reflejos de la termorregulación química y física se dividen en receptores que responden al calor y al frío, o termorreceptores de calor y frío. Se encuentran tanto en la superficie como en el interior del cuerpo. De los superficiales, son especialmente importantes los termorreceptores de la piel, de los internos, los termorreceptores del hipotálamo.

El mecanismo central del sistema de termorregulación consta de varias secciones del sistema nervioso central, que van desde la médula espinal hasta la corteza cerebral, inclusive. Ella departamento principal Se encuentra en el hipotálamo y se divide en el centro de producción de calor y el centro de pérdida de calor. Los impulsos del hipotálamo llegan por vías descendentes a los centros del sistema nervioso autónomo ubicados en el bulbo raquídeo y la médula espinal, o a las neuronas que inervan los músculos estriados. Luego, a través de los nervios vegetativos y somáticos, la información va a los efectores de la termorregulación: músculos, glándulas sudoríparas, centros de los sistemas respiratorio y cardiovascular, cambiando sus funciones en aras de preservar o retribuir al cuerpo. Debido a las conexiones entre las estructuras del hipotálamo y la hipófisis, las estructuras centrales de termorregulación a través de las glándulas endocrinas de forma neurohumoral pueden influir en la intensidad del metabolismo en las células, aumentando la producción de calor. Estos son, por supuesto, mecanismos reflejos para regular la temperatura corporal. Las estrechas conexiones de los centros hipotalámicos con la corteza cerebral proporcionan una regulación refleja condicionada de los procesos de termorregulación, un sutil cambio adaptativo en la actividad de todos los órganos implicados en la termorregulación en respuesta a diversos cambios en el entorno externo.

El único efector propio -el ejecutor de la termorregulación física- es la glándula sudorípara. La sudoración es el mecanismo fisiológico más poderoso para la transferencia de calor, es decir, enfriamiento. Una persona en estado de calma pierde alrededor del 20% del calor por evaporación de la humedad liberada durante el sudor, y hasta el 80% durante el trabajo muscular. La intensidad del proceso de evaporación depende de muchos factores: el estado del cuerpo, la temperatura ambiente, el movimiento del aire y su humedad. La evaporación del agua es un factor importante en la termorregulación física. Además del propio efector de la glándula sudorípara, también se lleva a cabo por la liberación de agua durante la respiración y su evaporación desde la superficie de las vías respiratorias. Así, el sistema respiratorio es uno de los efectores más importantes de la termorregulación física. Un cambio en la frecuencia y profundidad de los movimientos respiratorios (dificultad respiratoria térmica que se produce cuando el cuerpo se expone a altas temperaturas) es un mecanismo importante de termorregulación en los seres humanos. Uno de los efectores más importantes de la termorregulación física es el sistema cardiovascular, que resuelve los problemas tanto de la transferencia como de la conservación del calor y, por lo tanto, participa en los procesos de termorregulación incluso en condiciones que amenazan al cuerpo con sobrecalentamiento y enfriamiento. El calor se libera al medio ambiente desde la superficie del cuerpo: la piel, el tejido adiposo subcutáneo y los músculos parcialmente adyacentes. Un cambio en el diámetro de los vasos de estos órganos conduce a una redistribución de la cantidad de sangre circulante "calentada". En condiciones en las que debe reducirse la transferencia de calor, se produce vasoconstricción, disminuye la cantidad de sangre que fluye hacia la superficie del cuerpo y la sangre calentada, que pasa a través de las anastomosis arteriovenosas, fluye hacia los vasos de los órganos internos. La temperatura de la superficie del cuerpo disminuye, y la transferencia de calor por radiación y convección de calor también disminuye. En condiciones que requieren un aumento en la transferencia de calor, la vasodilatación conduce a un aumento en el flujo de sangre "caliente" a la superficie del cuerpo y aumenta la transferencia de calor. Al mismo tiempo, la sudoración también aumenta en estas condiciones.