مکانیسم های تنظیم حرارت شیمیایی. تنظیم حرارت انسانی: چیست؟ سوالات و وظایف

در حیوانات و انسان های خونگرم (به اصطلاح موجودات گرمازا)، بر خلاف موجودات خونسرد (یا پوکیلوترمیک)، دمای ثابت بدن شرط لازم برای وجود است، یکی از پارامترهای اصلی هموستاز (یا ثبات) درونی. محیط بدن

مکانیسم های فیزیولوژیکی فراهم کننده هموستاز حرارتی بدن ("هسته" آن) به دو دسته تقسیم می شوند. گروه های عاملیمکانیسم‌های تنظیم حرارت شیمیایی و فیزیکی تنظیم حرارت شیمیایی، تنظیم تولید گرمای بدن است. در طی واکنش های ردوکس متابولیسم، گرما به طور مداوم در بدن تولید می شود. در عین حال بخشی از آن به محیط خارجی داده می شود که هر چه بیشتر باشد، اختلاف دمای بدن با محیط بیشتر می شود. بنابراین، حفظ دمای ثابت بدن با کاهش دمای محیط، مستلزم افزایش متناظر در فرآیندهای متابولیک و تولید گرمای همراه است که اتلاف گرما را جبران کرده و منجر به حفظ تعادل کلی حرارت بدن و حفظ آن می‌شود. ثبات دمای داخلی فرآیند افزایش رفلکس تولید گرما در پاسخ به کاهش دمای محیط را تنظیم حرارت شیمیایی می گویند. آزاد شدن انرژی به صورت گرما با بار عملکردی همه اندام ها و بافت ها همراه است و مشخصه همه موجودات زنده است. ویژگی بدن انسان در این واقعیت نهفته است که تغییر در تولید گرما به عنوان واکنش به تغییر دما نشان دهنده واکنش خاصی از بدن است که بر سطح عملکرد سیستم های فیزیولوژیکی اصلی تأثیر نمی گذارد.

تولید گرمای ویژه تنظیم کننده حرارت عمدتاً در عضلات اسکلتی متمرکز است و با آن مرتبط است فرم های خاصعملکرد ماهیچه ها، بر فعالیت حرکتی مستقیم آنها تأثیر نمی گذارد. افزایش تولید گرما در طول خنک شدن همچنین می تواند در یک عضله در حال استراحت رخ دهد، و همچنین زمانی که عملکرد انقباضی به طور مصنوعی با عمل سموم خاص خاموش می شود.

یکی از رایج ترین مکانیسم های تولید گرمای ویژه تنظیم کننده حرارت در ماهیچه ها، به اصطلاح تون حرارتی است. با ریز انقباضات فیبریل ها بیان می شود که به صورت افزایش فعالیت الکتریکی عضله بی حرکت بیرونی هنگام خنک شدن ثبت می شود. تون تنظیم کننده حرارت مصرف اکسیژن عضله را گاهی تا بیش از 150 درصد افزایش می دهد. با خنک کردن قوی تر، همراه با افزایش شدید تن تنظیم کننده حرارت، انقباضات عضلانی قابل مشاهده به شکل لرز سرد شامل می شود. در این مورد، تبادل گاز به 300 - 400٪ افزایش می یابد. مشخص است که عضلات از نظر سهم مشارکت در تولید گرمای تنظیم کننده حرارت نابرابر هستند.

با قرار گرفتن طولانی مدت در معرض سرما، نوع انقباضی ترموژنز را می توان با تغییر تنفس بافتی در عضله به مسیر به اصطلاح آزاد (غیر فسفریله کننده) تا یک درجه جایگزین کرد (یا تکمیل کرد) که در آن فاز تشکیل و تجزیه بعدی ATP از بین می رود. این مکانیسم با فعالیت انقباضی عضلانی مرتبط نیست. مجموع جرم گرمای آزاد شده در طی تنفس آزاد عملاً مانند ترموژنز مخمر است، اما بیشتر انرژی حرارتی بلافاصله مصرف می شود و فرآیندهای اکسیداتیو نمی توانند با کمبود ADP یا فسفات معدنی مهار شوند.

شرایط اخیر امکان حفظ سطح بالایی از تولید گرما را برای مدت طولانی امکان پذیر می کند.

تغییرات در شدت متابولیسم ناشی از تأثیر دمای محیط بر بدن انسان طبیعی است. در محدوده معینی از دماهای خارجی، تولید گرما مربوط به تبادل ارگانیسم در حال استراحت به طور کامل با انتقال حرارت "عادی" (بدون تشدید فعال) آن جبران می شود. تبادل حرارت بین بدن و محیط متعادل است. این محدوده دما را منطقه گرما خنثی می نامند. نرخ ارز در این منطقه حداقل است. آنها اغلب از یک نقطه بحرانی صحبت می کنند، که دلالت بر یک مقدار دمای خاص دارد که در آن تعادل گرمایی با محیط حاصل می شود. از نظر تئوری، این درست است، اما به دلیل نوسانات نامنظم مداوم در متابولیسم و ​​ناپایداری خواص عایق حرارتی پوشش ها، عملاً نمی توان چنین نقطه ای را به صورت تجربی ایجاد کرد.

کاهش دمای محیط خارج از منطقه گرما خنثی باعث افزایش رفلکس در سطح متابولیسم و ​​تولید گرما می شود تا زمانی که تعادل حرارتی بدن در شرایط جدید متعادل شود. به همین دلیل دمای بدن بدون تغییر باقی می ماند.

افزایش دمای محیط خارج از منطقه گرما خنثی همچنین باعث افزایش سطح متابولیسم می شود که ناشی از فعال شدن مکانیسم های فعال سازی انتشار گرما است که نیاز به مصرف انرژی اضافی برای کار آنها دارد. این منطقه ای از تنظیم حرارت فیزیکی را تشکیل می دهد که در طی آن دما نیز ثابت می ماند. با رسیدن به یک آستانه مشخص، مکانیسم های افزایش انتقال حرارت بی اثر می شود، گرمای بیش از حد شروع می شود و در نهایت مرگ ارگانیسم.

در سال 1902، رابنر پیشنهاد کرد که دو نوع از این مکانیسم ها را متمایز کند - تنظیم حرارت "شیمیایی" و "فیزیکی". اولین مورد با تغییر در تولید گرما در بافت ها (ولتاژ واکنش های شیمیاییتبادل)، دومی با انتقال حرارت و توزیع مجدد گرما مشخص می شود. همراه با گردش خون، تعریق نقش مهمی در تنظیم حرارت فیزیکی ایفا می کند، بنابراین پوست عملکرد ویژه ای در انتقال حرارت دارد - در اینجا خون گرم شده در ماهیچه ها یا در "هسته" سرد می شود، مکانیسم های تعریق و تعریق در اینجا متوجه می شوند. .

ب در "هنجار" هدایت گرما را می توان نادیده گرفت، زیرا هدایت حرارتی هوا کم است. رسانایی حرارتی آب 20 برابر بیشتر است؛ بنابراین انتقال حرارت از طریق رسانایی نقش بسزایی دارد و در مورد لباس‌های خیس، جوراب‌های مرطوب و غیره به عامل مهم هیپوترمی تبدیل می‌شود.

b انتقال حرارت کارآمدتر از طریق همرفت (یعنی حرکت ذرات گاز یا مایع، مخلوط کردن لایه های گرم شده آنها با لایه های سرد شده). V محیط هواحتی در حالت استراحت، انتقال حرارت جابجایی تا 30 درصد از اتلاف حرارت را تشکیل می دهد. نقش همرفت در باد یا در حین حرکت انسان حتی بیشتر می شود.

b انتقال گرما توسط تشعشع از جسم گرم شده به جسم سرد طبق قانون استفان بولتزمن و متناسب با اختلاف درجه چهارم دمای پوست (لباس) و سطح اجسام اطراف است. به این ترتیب، در شرایط «آرامش»، یک فرد برهنه تا 45 درصد از انرژی حرارتی را می دهد، اما برای فردی که لباس گرم دارد، اتلاف حرارت تشعشع نقش خاصی ندارد.

ب تبخیر رطوبت از پوست و سطح ریه ها نیز در شرایط «آرامش» راه مؤثری برای انتقال حرارت (تا 25 درصد) است. در شرایط دمای بالای محیط و فعالیت شدید عضلانی، انتقال حرارت از طریق تبخیر عرق نقش غالب را ایفا می کند - با 1 گرم عرق، 0.6 کیلو کالری انرژی از بین می رود. محاسبه حجم کل گرمای از دست رفته با عرق دشوار نیست، اگر در نظر بگیریم که در شرایط فعالیت شدید عضلانی، فرد می تواند در یک روز کاری هشت ساعته تا 10 تا 12 لیتر مایعات بدهد. در سرما، از دست دادن گرما با عرق در یک فرد خوش پوش اندک است، اما حتی در اینجا نیز لازم است که انتقال حرارت ناشی از تنفس را در نظر گرفت. در این فرآیند، دو مکانیسم انتقال حرارت به طور همزمان با هم ترکیب می شوند - همرفت و تبخیر. از دست دادن گرما و مایعات با تنفس بسیار قابل توجه است، به خصوص با فعالیت شدید عضلانی در شرایط رطوبت کم اتمسفر.

یک عامل اساسی که بر فرآیندهای تنظیم حرارت تأثیر می گذارد، واکنش های وازوموتور (وازوموتور) پوست است. با باریک ترین باریک شدن بستر عروقی، از دست دادن گرما می تواند 70٪ کاهش یابد، با حداکثر انبساط - 90٪ افزایش می یابد.

تفاوت گونه ها در تنظیم حرارت شیمیایی در تفاوت در سطح متابولیسم اصلی (در منطقه گرما خنثی)، موقعیت و عرض منطقه گرما خنثی، شدت تنظیم حرارتی شیمیایی (افزایش متابولیسم با کاهش دما بیان می شود. از محیط با 1 "C)، و همچنین در محدوده عملکرد موثر تنظیم حرارت. همه این پارامترها منعکس کننده ویژگی های اکولوژیکی گونه های فردی هستند و بسته به تغییر سازگاری دارند. موقعیت جغرافیاییمنطقه، فصل سال، ارتفاع و تعدادی از عوامل محیطی دیگر.

واکنش های تنظیمی با هدف حفظ دمای ثابت بدن در طول گرمای بیش از حد توسط مکانیسم های مختلفی برای افزایش انتقال حرارت به محیط خارجی نشان داده می شود. در میان آنها، انتقال حرارت گسترده است و با تشدید تبخیر رطوبت از سطح بدن و / یا دستگاه تنفسی فوقانی کارایی بالایی دارد. هنگامی که رطوبت تبخیر می شود، گرما مصرف می شود که می تواند به حفظ تعادل گرما کمک کند. هنگامی که علائم شروع گرمای بیش از حد بدن وجود دارد، واکنش روشن می شود.

بنابراین، تغییرات تطبیقی ​​در تبادل گرما در بدن انسان می تواند نه تنها با هدف حفظ سطح بالایی از متابولیسم، مانند اکثر افراد، بلکه در تنظیم سطح پایین در شرایطی که کاهش ذخایر انرژی را تهدید می کند، انجام شود.

الف. زندگی انسان فقط در یک محدوده دمایی باریک می تواند اتفاق بیفتد.

دما تأثیر بسزایی بر روند فرآیندهای زندگی در بدن انسان و فعالیت فیزیولوژیکی آن دارد. فرآیندهای زندگی توسط محدوده دمایی باریک محیط داخلی که در آن واکنش های آنزیمی اصلی می تواند رخ دهد، محدود می شود. برای یک فرد، کاهش دمای بدن به زیر 25 درجه سانتیگراد و افزایش بالای 43 درجه سانتیگراد معمولاً کشنده است. سلول های عصبی به ویژه به تغییرات دما حساس هستند.

حرارتباعث تعریق شدید می شود که منجر به کم آبی بدن، از دست دادن املاح معدنی و ویتامین های محلول در آب می شود. پیامد این فرآیندها غلیظ شدن خون، اختلال در متابولیسم نمک، ترشح معده و ایجاد کمبود ویتامین است. کاهش وزن مجاز با تبخیر 2-3 درصد است. با کاهش 6 درصدی وزن ناشی از تبخیر، فعالیت ذهنی مختل می شود و با 15 تا 20 درصد کاهش وزن، مرگ رخ می دهد. اثر سیستماتیک دمای بالا باعث تغییراتی در سیستم قلبی عروقی می شود: افزایش ضربان قلب، تغییر در فشار خون، تضعیف ظرفیت عملکردی قلب. قرار گرفتن طولانی مدت در دمای بالا منجر به تجمع گرما در بدن می شود، در حالی که دمای بدن می تواند به 38-41 درجه سانتیگراد افزایش یابد و گرمازدگی همراه با از دست دادن هوشیاری رخ دهد.

دمای پایینمی تواند از علل سرد شدن و هیپوترمی بدن باشد. با سرد شدن در بدن، انتقال حرارت به طور انعکاسی کاهش می یابد و تولید گرما افزایش می یابد. کاهش انتقال حرارت به دلیل اسپاسم (تنیک شدن) رگ های خونی، افزایش مقاومت حرارتی بافت های بدن اتفاق می افتد. قرار گرفتن طولانی مدت در دمای پایین منجر به اسپاسم مداوم عروقی، سوء تغذیه بافتی می شود. افزایش تولید گرما در هنگام خنک شدن با تلاش فرآیندهای متابولیک اکسیداتیو در بدن به دست می آید (کاهش دمای بدن به میزان 1 درجه سانتیگراد با افزایش فرآیندهای متابولیک به میزان 10 درجه سانتیگراد همراه است). قرار گرفتن در معرض دمای پایین با افزایش فشار خون، حجم دم و کاهش تعداد تنفس همراه است. خنک شدن بدن متابولیسم کربوهیدرات را تغییر می دهد. خنک شدن زیاد با کاهش دمای بدن، سرکوب عملکرد اندام ها و سیستم های بدن همراه است.

ب- هسته و پوسته بیرونی بدن.

از نقطه نظر تنظیم حرارت، بدن انسان را می توان به عنوان متشکل از دو جزء - خارجی نشان داد. پوستهو داخلی هسته ها.

هستهبخشی از بدن است که دمای آن ثابت است (اعضای داخلی) و پوسته- بخشی از بدن که در آن گرادیان دما وجود دارد (اینها بافت های لایه سطحی بدن به ضخامت 2.5 سانتی متر هستند). تبادل حرارت بین هسته و محیط از طریق پوسته صورت می گیرد، یعنی تغییرات در هدایت حرارتی پوسته ثابت بودن دمای هسته را تعیین می کند. هدایت حرارتی به دلیل تغییر در خون رسانی و پر شدن خون بافت های غشایی تغییر می کند.

دمای قسمت های مختلف هسته متفاوت است. به عنوان مثال، در کبد: 37.8-38.0 درجه سانتیگراد، در مغز: 36.9-37.8 درجه سانتیگراد. به طور کلی دمای هسته بدن انسان است 37.0 درجه سانتی گراداین امر از طریق فرآیندهای تنظیم حرارت درون زا حاصل می شود که نتیجه آن تعادل پایدار بین مقدار گرمای تولید شده در بدن در واحد زمان است. محصولات حرارتی) و میزان گرمای دفع شده توسط بدن در همان زمان به محیط ( اتلاف حرارت).

دمای پوست انسان در نواحی مختلف از 24.4 درجه سانتیگراد تا 34.4 درجه سانتیگراد متغیر است. کمترین دما در انگشتان پا و بیشترین در زیر بغل مشاهده می شود. معمولاً بر اساس اندازه گیری دمای زیر بغل است که دمای بدن در یک زمان معین ارزیابی می شود.

طبق داده های متوسط ​​​​، میانگین دمای پوست یک فرد برهنه در دمای هوای راحت 33-34 درجه سانتیگراد است. نوسانات روزانه در دمای بدن وجود دارد. دامنه ارتعاش می تواند به 1 درجه سانتیگراد برسد. دمای بدن در ساعات قبل از صبح حداقل (3-4 ساعت) و حداکثر در روز (16-18 ساعت) است.

پدیده عدم تقارن دما نیز شناخته شده است. در حدود 54 درصد موارد مشاهده می شود و دمای زیر بغل چپ کمی بیشتر از سمت راست است. عدم تقارن در سایر نواحی پوست نیز امکان پذیر است و شدت عدم تقارن بیش از 0.5 درجه سانتیگراد نشان دهنده آسیب شناسی است.

ب- انتقال حرارت. تعادل تولید گرما و انتقال حرارت در بدن انسان.

فرآیندهای زندگی انسان با تولید حرارت مداوم در بدن او و انتشار گرمای تولید شده در محیط همراه است. تبادل انرژی گرمایی بین بدن و محیط را p می نامند تبادل حرارتتولید گرما و انتقال حرارت مرهون فعالیت های مرکز می باشد سیستم عصبیتنظیم متابولیسم، گردش خون، تعریق و فعالیت عضلات اسکلتی.

بدن انسان یک سیستم خودتنظیمی با منبع حرارت داخلی است که در آن در شرایط عادی تولید گرما (مقدار گرمای تولید شده) برابر با مقدار گرمای منتقل شده به محیط خارجی (انتقال حرارت) است. ثبات دمای بدن نامیده می شود همدما... استقلال فرآیندهای متابولیک در بافت ها و اندام ها را از نوسانات دمای محیط تضمین می کند.

دمای داخلی بدن انسان به دلیل تنظیم شدت تولید گرما و انتقال حرارت بسته به دمای محیط خارجی ثابت است (36.5-37 درجه سانتیگراد). و دمای پوست انسان تحت تأثیر شرایط خارجی می تواند در محدوده نسبتاً وسیعی متفاوت باشد.

در بدن انسان در 1 ساعت به اندازه ای که برای جوشاندن 1 لیتر آب یخ لازم است گرما تولید می شود. و اگر بدن در برابر گرما غیر قابل نفوذ بود، در عرض یک ساعت دمای بدن حدود 1.5 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و در عرض 40 ساعت به نقطه جوش آب می رسد. در طول کار فیزیکی سخت، تولید گرما چندین برابر افزایش می یابد. و با این حال دمای بدن ما تغییر نمی کند. چرا؟ همه چیز در مورد متعادل کردن فرآیندهای تشکیل و انتقال گرما در بدن است.

عامل اصلی تعیین کننده سطح تعادل حرارتی است دمای محیط.هنگامی که از منطقه راحت در بدن منحرف می شود، سطح جدیدتعادل حرارتی، ایجاد ایزوترم در شرایط محیطی جدید. این ثبات دمای بدن توسط مکانیسم ایجاد می شود تنظیم حرارتاز جمله فرآیند تولید گرما و فرآیند آزادسازی گرما که توسط مسیر عصبی غدد درون ریز تنظیم می شود.

د- مفهوم تنظیم حرارت بدن.

تنظیم حرارت- این مجموعه ای از فرآیندهای فیزیولوژیکی است که با هدف حفظ ثبات نسبی دمای هسته بدن در شرایط تغییر دمای محیط از طریق تنظیم تولید گرما و انتقال حرارت انجام می شود. تنظیم حرارت با هدف جلوگیری از اختلالات در تعادل حرارتی بدن یا بازگرداندن آن، در صورتی که چنین اختلالاتی قبلاً رخ داده باشد، انجام می شود و به روش عصبی-هومورال انجام می شود.

به طور کلی پذیرفته شده است که تنظیم گرما فقط برای حیوانات گرمازا (اینها شامل پستانداران (از جمله انسان) و پرندگان) است که بدن آنها توانایی حفظ دمای نواحی داخلی بدن را در نسبتاً ثابت و کافی دارد. سطح بالا(حدود 37-38 درجه سانتیگراد در پستانداران و 40-42 درجه سانتیگراد در پرندگان) بدون توجه به تغییرات دمای محیط.

مکانیسم تنظیم حرارت را می توان به عنوان یک سیستم خودگردان سایبرنتیک با بازخورد نشان داد. نوسانات دما در هوای اطراف بر روی سازندهای گیرنده خاصی تأثیر می گذارد. گیرنده های حرارتی) به تغییرات دما حساس است. گیرنده های حرارتی اطلاعات مربوط به وضعیت حرارتی اندام را به مراکز تنظیم حرارت و به نوبه خود از طریق رشته های عصبی، هورمون ها و سایر موارد بیولوژیکی به مراکز تنظیم حرارت منتقل می کنند. مواد فعالسطح انتقال گرما و تولید گرما یا قسمت هایی از بدن (تنظیم حرارتی موضعی)، یا بدن به عنوان یک کل را تغییر دهید. هنگام خاموش کردن مراکز تنظیم حرارت با ویژه مواد شیمیاییبدن توانایی خود را برای حفظ دمای ثابت از دست می دهد. در سال های اخیر از این ویژگی در پزشکی برای خنک سازی مصنوعی بدن در طی اعمال جراحی پیچیده بر روی قلب استفاده شده است.

گیرنده های حرارتی پوستی

تخمین زده می شود که انسان تقریباً 150000 گیرنده سرما و 16000 گیرنده گرما دارد که به تغییرات دما پاسخ می دهند. اعضای داخلی... گیرنده های حرارتی در پوست، احشاء، دستگاه تنفسی، ماهیچه های اسکلتی و سیستم عصبی مرکزی قرار دارند.

گیرنده های حرارتی پوست به سرعت در حال انطباق هستند و نه به خود دما که به تغییرات آن واکنش نشان می دهند. حداکثر تعداد گیرنده ها در ناحیه سر و گردن، حداقل - در اندام ها قرار دارد.

گیرنده های سرما حساسیت کمتری دارند و آستانه حساسیت آنها 0.012 درجه سانتیگراد (در صورت سرد شدن) است. آستانه حساسیت گیرنده های حرارتی بالاتر است و به 0.007 درجه سانتیگراد می رسد. این احتمالاً به دلیل خطر بیشتر گرم شدن بیش از حد بدن است.

د-انواع تنظیم حرارت.

تنظیم حرارتی را می توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد:

1. تنظیم حرارت فیزیکی:

تبخیر (تعریق)؛

تشعشع (تابش)؛

همرفت.

2. تنظیم حرارت شیمیایی

ترموژنز انقباضی؛

گرمازایی غیر انقباضی

تنظیم حرارت فیزیکی(فرآیندی که گرما را از بدن خارج می کند) - با تغییر انتشار گرما توسط بدن از طریق رسانایی از طریق پوست (رسانایی و همرفت)، تابش (تابش) و تبخیر آب، حفظ دمای ثابت بدن را تضمین می کند. بازگشت حرارت تولید شده به طور مداوم در بدن با تغییر در هدایت حرارتی پوست، لایه چربی زیر جلدی و اپیدرم تنظیم می شود. انتقال حرارت تا حد زیادی توسط دینامیک گردش خون در بافت های رسانای گرما و عایق حرارت تنظیم می شود. با افزایش دمای محیط، تبخیر شروع به تسلط در انتقال حرارت می کند.

رسانایی، همرفت و تابش مسیرهای انتقال حرارت غیرفعال بر اساس قوانین فیزیک هستند. آنها فقط زمانی موثر هستند که گرادیان دمایی مثبت را حفظ کنند. هر چه اختلاف دما بین بدن و محیط کمتر باشد، گرمای کمتری منتشر می شود. با همین شاخص ها یا در دمای بالای محیط، این مسیرها نه تنها بی اثر هستند، بلکه در عین حال بدن نیز گرم می شود. در این شرایط، تنها یک مکانیسم انتقال حرارت در بدن ایجاد می شود - تعریق.

در دمای پایین محیط (15 درجه سانتیگراد و کمتر)، حدود 90 درصد از انتقال حرارت روزانه به دلیل هدایت گرما و تابش گرما رخ می دهد. در این شرایط هیچ عرق قابل مشاهده ای رخ نمی دهد. در دمای هوای 22-18 درجه سانتی گراد انتقال حرارت به دلیل هدایت حرارتی و تابش گرما کاهش می یابد، اما با تبخیر رطوبت از سطح پوست، اتلاف حرارت بدن افزایش می یابد. هنگامی که دمای محیط به 35 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، انتقال حرارت از طریق تشعشع و همرفت غیرممکن می شود و دمای بدن تنها با تبخیر آب از سطح پوست و آلوئول های ریه در سطح ثابتی حفظ می شود. با رطوبت زیاد هوا، زمانی که تبخیر آب دشوار است، ممکن است گرمای بیش از حد بدن رخ دهد و گرمازدگی ایجاد شود.

در فردی که در حال استراحت در دمای هوا حدود 20 درجه سانتیگراد و انتقال حرارت کل برابر با 419 کیلوژول (100 کیلو کالری) در ساعت است، 66٪ با کمک تشعشع، تبخیر آب - 19٪، همرفت - 15٪ از دست می رود. از ضرر کلگرما توسط بدن

تنظیم حرارت شیمیایی(فرآیندی که تشکیل گرما در بدن را تضمین می کند) - از طریق متابولیسم و ​​از طریق تولید گرما در بافت هایی مانند ماهیچه ها و همچنین کبد، چربی قهوه ای، یعنی با تغییر سطح تولید گرما تحقق می یابد - با افزایش یا تضعیف شدت متابولیسم در سلول های بدن. در طول اکسیداسیون مواد آلیانرژی آزاد می شود. بخشی از انرژی به سنتز ATP(آدنوزین تری فسفات یک نوکلئوتید است که نقش فوق العاده مهمی در متابولیسم انرژی و مواد در بدن دارد). این انرژی بالقوه می تواند توسط بدن در فعالیت های بعدی خود استفاده شود. همه بافت ها منبع گرما در بدن هستند. خون در بافت ها جریان می یابد و گرم می شود. افزایش دمای محیط باعث کاهش رفلکس در متابولیسم می شود که در نتیجه تولید گرما در بدن کاهش می یابد. با کاهش دمای محیط، شدت فرآیندهای متابولیک به طور انعکاسی افزایش می یابد و تولید گرما افزایش می یابد.

گنجاندن تنظیم حرارتی شیمیایی زمانی اتفاق می‌افتد که تنظیم حرارت فیزیکی برای حفظ دمای ثابت بدن کافی نباشد.

بیایید این نوع تنظیم حرارت را در نظر بگیریم.

تنظیم حرارت فیزیکی:

زیر تنظیم حرارت فیزیکیدرک کل فرآیندهای فیزیولوژیکی که منجر به تغییر در سطح انتقال حرارت می شود. راه های زیر برای انتقال گرما از بدن به محیط وجود دارد:

تبخیر (تعریق)؛

تشعشع (تابش)؛

هدایت حرارتی (رسانایی)؛

همرفت.

بیایید آنها را با جزئیات بیشتر در نظر بگیریم:

1. تبخیر (تعریق):

تبخیر (تعریق)انتشار انرژی حرارتی در محیط به دلیل تبخیر عرق یا رطوبت از سطح پوست و غشاهای مخاطی دستگاه تنفسی است. در انسان، عرق دائماً توسط غدد عرق پوست دفع می شود (از دست دادن آب "قابل لمس" یا غده ای)، غشاهای مخاطی دستگاه تنفسی مرطوب می شوند (از دست دادن "غیر محسوس" آب). در عین حال، از دست دادن "محسوس" آب توسط بدن نسبت به "غیر محسوس" تأثیر قابل توجهی بر مقدار کل گرمای حاصل از تبخیر دارد.

در دمای محیط حدود 20 درجه سانتیگراد، تبخیر رطوبت حدود 36 گرم در ساعت است. از آنجایی که یک فرد 0.58 کیلوکالری انرژی حرارتی را برای تبخیر 1 گرم آب صرف می کند، محاسبه اینکه از طریق تبخیر، بدن یک فرد بالغ در این شرایط حدود 20٪ از کل گرمای دفع شده را به محیط می دهد. افزایش دمای خارجی، انجام کار فیزیکی، ماندن طولانی مدت در لباس های عایق حرارت باعث افزایش تعریق شده و می تواند به 500-2000 گرم در ساعت افزایش یابد.

یک فرد دمای نسبتاً پایین محیط (32 درجه سانتیگراد) را در هوای مرطوب تحمل نمی کند. در هوای کاملا خشک، فرد می تواند به مدت 2-3 ساعت در دمای 50-55 درجه سانتیگراد بدون گرمای بیش از حد محسوس بماند. لباس‌های غیر قابل نفوذ در برابر هوا (لاستیک، متراکم و غیره) که از تبخیر عرق جلوگیری می‌کنند نیز ضعیف تحمل می‌شوند: لایه هوا بین لباس و بدن به سرعت از بخارات اشباع می‌شود و تبخیر بیشتر عرق متوقف می‌شود.

فرآیند انتقال حرارت با کمک تبخیر، اگرچه تنها یکی از روش های تنظیم حرارت است، اما یک مزیت استثنایی دارد - اگر دمای خارجی از دمای متوسط ​​پوست بیشتر شود، بدن نمی تواند گرما را به محیط خارجی بدهد. با روش های دیگر تنظیم حرارت (تابش، همرفت و هدایت) که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت. در این شرایط بدن شروع به جذب گرما از بیرون می کند و تنها راه دفع گرما افزایش تبخیر رطوبت از سطح بدن است. چنین تبخیر تا زمانی امکان پذیر است که رطوبت هوای محیط زیر 100٪ باقی بماند. با تعریق شدید، رطوبت زیاد و سرعت کم حرکت هوا، زمانی که قطرات عرق، فرصت تبخیر، ادغام و تخلیه از سطح بدن را نداشته باشند، انتقال حرارت از طریق تبخیر موثرتر می شود.

وقتی عرق تبخیر می شود، بدن ما انرژی خود را از دست می دهد. در واقع، به لطف انرژی بدن ما، مولکول‌های مایع (یعنی عرق) پیوندهای مولکولی را می‌شکنند و از حالت مایع به گاز می‌رسند. انرژی صرف شکستن پیوندها می شود و در نتیجه دمای بدن کاهش می یابد. یخچال به همین صورت عمل می کند. او موفق می شود دمای داخل محفظه را بسیار کمتر از دمای محیط نگه دارد. او این کار را به لطف برق مصرفی انجام می دهد. و این کار را با استفاده از انرژی حاصل از تجزیه غذا انجام می دهیم.

کنترل انتخاب لباس می تواند به کاهش اتلاف حرارت ناشی از تبخیر کمک کند. لباس ها باید بر اساس شرایط آب و هوایی و فعالیت فعلی انتخاب شوند. برای درآوردن لباس های اضافی وقتی بار زیاد می شود، تنبلی نکنید. کمتر عرق خواهید کرد. و تنبلی نکنید که وقتی بارها متوقف می شوند، آن را دوباره روی آن قرار دهید. اگر باران با باد نمی بارد، محافظ رطوبت و باد را بردارید، در غیر این صورت لباس های شما از داخل عرق خیس می شوند. و در تماس با لباس های خیس، گرما را نیز با هدایت حرارتی از دست می دهیم. آب 25 برابر بهتر از هوا گرما را هدایت می کند. یعنی در لباس های خیس 25 برابر سریعتر گرما را از دست می دهیم. به همین دلیل مهم است که لباس خود را خشک نگه دارید.

تبخیر به 2 نوع تقسیم می شود:

آ) تعریق نامحسوس(بدون مشارکت غدد عرق) عبارت است از تبخیر آب از سطح ریه ها، غشاهای مخاطی دستگاه تنفسی و تراوش آب از اپیتلیوم پوست (تبخیر از سطح پوست حتی اگر پوست خشک باشد رخ می دهد. ).

تا 400 میلی لیتر آب در روز از طریق دستگاه تنفسی تبخیر می شود، یعنی. بدن روزانه 232 کیلو کالری از دست می دهد. در صورت لزوم می توان این مقدار را به دلیل تنگی نفس حرارتی افزایش داد. به طور متوسط ​​روزانه 240 میلی لیتر آب از اپیدرم عبور می کند. بنابراین به این ترتیب بدن روزانه تا ۱۳۹ کیلو کالری از دست می دهد. این مقدار، به عنوان یک قاعده، به فرآیندهای نظارتی و عوامل مختلف محیطی بستگی ندارد.

ب) تعریق درک شده(در مشارکت فعالغدد عرق) - آزاد شدن گرما با تبخیر عرق است. به طور متوسط ​​روزانه 400-500 میلی لیتر عرق در دمای راحت محیط آزاد می شود، بنابراین تا 300 کیلو کالری انرژی خارج می شود. تبخیر 1 لیتر عرق در فردی با وزن 75 کیلوگرم می تواند دمای بدن را تا 10 درجه سانتی گراد کاهش دهد. با این حال، در صورت لزوم، حجم تعریق می تواند به 12 لیتر در روز افزایش یابد، یعنی. با تعریق می توانید روزانه 7000 کیلو کالری از دست بدهید.

کارایی تبخیر تا حد زیادی به محیط بستگی دارد: هر چه دما بیشتر و رطوبت کمتر باشد، بازده تعریق به عنوان مکانیزم انتقال حرارت بالاتر است. تبخیر در رطوبت 100٪ امکان پذیر نیست. با رطوبت زیاد اتمسفر، تحمل دماهای بالا دشوارتر از رطوبت کم است. در هوای اشباع شده با بخار آب (مثلاً در حمام)، عرق به مقدار زیاد آزاد می شود، اما تبخیر نمی شود و از روی پوست جاری می شود. چنین تعریقی به انتشار گرما کمک نمی کند: فقط بخشی از عرق که از سطح پوست تبخیر می شود برای انتقال گرما مهم است (این قسمت از عرق باعث تعریق موثر می شود).

2. تشعشع (تابش):

تشعشع (تابش)روشی برای انتقال گرما به محیط توسط سطح بدن انسان به صورت امواج الکترومغناطیسی در محدوده مادون قرمز (a = 5-20 میکرون) است. تمام اجسامی که دمای آنها بالای صفر مطلق است در اثر تابش انرژی از خود ساطع می کنند. تابش الکترومغناطیسی آزادانه از خلاء عبور می کند، هوای اتمسفر را نیز می توان برای آن "شفاف" در نظر گرفت.

همانطور که می دانید، هر جسمی که بیش از دمای محیط گرم شود، گرما منتشر می کند. همه احساس کردند که کنار آتش نشسته است. آتش سوزی گرما را ساطع می کند و اجسام اطراف خود را گرم می کند. در این صورت آتش حرارت خود را از دست می دهد.

بدن انسان به محض پایین آمدن دمای محیط از دمای سطح پوست شروع به تابش گرما می کند. برای جلوگیری از اتلاف حرارت ناشی از تشعشع، باید از نواحی در معرض بدن محافظت کنید. این کار با لباس انجام می شود. بدین ترتیب لایه ای از هوا در لباس بین پوست و محیط ایجاد می کنیم. دمای این لایه برابر با دمای بدن خواهد بود و اتلاف حرارت توسط تابش کاهش می یابد. چرا اتلاف حرارت به طور کلی متوقف نمی شود؟ زیرا اکنون لباس های گرم شده گرما را ساطع می کنند و آن را از دست می دهند. و حتی با پوشیدن یک لایه لباس دیگر، تابش را متوقف نمی کنید.

مقدار حرارتی که بدن توسط تابش به محیط وارد می شود، متناسب با سطح تابش (مساحتی از سطح بدن که با لباس پوشانده نشده است) و تفاوت در دمای متوسط ​​پوست و محیط. در دمای محیط 20 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 40-60٪، بدن یک فرد بالغ با تابش حدود 40-50٪ از کل گرمای منتشر شده را از بین می برد. اگر دمای محیط از میانگین دمای پوست بیشتر شود، بدن انسان با جذب پرتوهای مادون قرمز ساطع شده از اجسام اطراف، گرم می شود.

انتقال حرارت از طریق تشعشع با کاهش دمای محیط افزایش و با افزایش دما کاهش می یابد. در شرایط دمای ثابت محیط، تابش از سطح بدن با افزایش دمای پوست افزایش و با کاهش دمای پوست کاهش می یابد. اگر میانگین دمای سطح پوست و محیط با هم برابر شود (تفاوت دما برابر با صفر شود)، در این صورت انتشار گرما توسط تشعشع غیرممکن می شود.

می توان با کاهش سطح تابش، انتقال حرارت بدن را با تابش کاهش داد - تغییر در وضعیت بدن... به عنوان مثال، هنگامی که یک سگ یا گربه سرد است، آنها به شکل یک توپ جمع می شوند و در نتیجه سطح انتقال حرارت را کاهش می دهند. برعکس، وقتی هوا گرم است، حیوانات موقعیتی را به خود می گیرند که در آن سطح انتقال حرارت به حداکثر می رسد. فرد از این روش تنظیم حرارت فیزیکی، "حل شدن به یک توپ" در هنگام خواب در اتاق سرد خالی نیست.

3. هدایت حرارتی (رسانایی):

هدایت حرارتی (رسانایی)- این یک روش انتقال گرما است که در تماس، تماس بدن انسان با دیگران انجام می شود بدن های فیزیکی... مقدار حرارتی که بدن با این روش به محیط وارد می کند با تفاوت میانگین دمای اجسام در تماس، مساحت سطوح در تماس، زمان تماس حرارتی و هدایت حرارتی تماس متناسب است. بدن

از دست دادن گرما توسط هدایت حرارتی زمانی رخ می دهد که تماس مستقیم با یک جسم سرد رخ می دهد. در این لحظه بدن ما گرمای خود را از دست می دهد. سرعت اتلاف گرما به شدت به هدایت حرارتی جسمی که با آن در تماس هستیم بستگی دارد. به عنوان مثال، رسانایی حرارتی سنگ 10 برابر بیشتر از رسانایی حرارتی چوب است. بنابراین با نشستن روی سنگ، گرما را خیلی سریعتر از دست خواهیم داد. احتمالاً متوجه شده اید که نشستن روی سنگ به نوعی سردتر از نشستن روی یک کنده است.

راه حل؟ بدن خود را با استفاده از رسانای حرارتی ضعیف از اجسام سرد عایق کنید. به عبارت ساده، به عنوان مثال، اگر در کوهستان سفر می کنید، هنگام توقف، روی یک فرش توریستی یا یک رول لباس بنشینید. حتما شب ها زیر کیسه خواب خود یک تشک مسافرتی مناسب با آب و هوا قرار دهید. یا به عنوان آخرین راه چاره، یک لایه ضخیم از علف خشک یا سوزن. زمین گرما را به خوبی هدایت می کند (و در نتیجه "می برد") و در شب بسیار خنک می شود. در زمستان با دست خالی با اشیاء فلزی برخورد نکنید. از دستکش استفاده کنید. V خیلی سردسرمازدگی موضعی را می توان از اجسام فلزی به دست آورد.

هوای خشک، بافت چربی با هدایت حرارتی کم مشخص می شود و عایق حرارت (رسانای حرارت ضعیف) است. لباس باعث کاهش انتقال حرارت می شود. از اتلاف حرارت توسط لایه ای از هوای ساکن که بین لباس و پوست قرار دارد جلوگیری می شود. خاصیت عایق حرارتی لباس هر چه بیشتر باشد، سلولی بودن ساختار آن که حاوی هوا است، ریزتر است. این ویژگی‌های عایق حرارتی خوب لباس‌های پشمی و خز را توضیح می‌دهد، که این امکان را برای بدن انسان فراهم می‌آورد که اتلاف گرما را از طریق هدایت حرارتی کاهش دهد. دمای هوای زیر لباس به 30 درجه سانتی گراد می رسد. برعکس، یک بدن برهنه گرما را از دست می دهد، زیرا هوا روی سطح آن دائما در حال تغییر است. بنابراین دمای پوست قسمت های در معرض بدن بسیار کمتر از قسمت های لباس پوشیده است.

هوای مرطوب اشباع شده با بخار آب با هدایت حرارتی بالا مشخص می شود. بنابراین اقامت فرد در محیطی با رطوبت بالا و دمای پایین با افزایش اتلاف حرارت در بدن همراه است. لباس خیس نیز خاصیت عایق حرارتی خود را از دست می دهد.

4. همرفت:

همرفت- این یک روش انتقال گرما از بدن است که با انتقال گرما با حرکت ذرات هوا (آب) انجام می شود. برای دفع گرما توسط همرفت، جریان هوا در اطراف سطح بدن با دمای کمتر از دمای پوست مورد نیاز است. در همان زمان، لایه هوا در تماس با پوست گرم می شود، تراکم آن کاهش می یابد، بالا می رود و هوای سردتر و متراکم تر جایگزین می شود. در شرایطی که دمای هوا 20 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 40 تا 60 درصد است، بدن یک فرد بالغ حدود 25 تا 30 درصد از گرما را با هدایت گرما و همرفت (همرفت پایه) به محیط پراکنده می کند. با افزایش سرعت حرکت جریان هوا (باد، تهویه)، شدت انتقال حرارت (همرفت اجباری) نیز به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

ماهیت فرآیند همرفت به شرح زیر است- بدن ما هوای نزدیک پوست را گرم می کند. هوای گرم از هوای سرد سبک‌تر می‌شود و بالا می‌آید و هوای سرد جایگزین آن می‌شود که دوباره گرم می‌شود، سبک‌تر می‌شود و قسمت بعدی هوای سرد جابجا می‌شود. اگر هوای گرم شده توسط لباس جذب نشود، این روند بی پایان خواهد بود. در واقع این لباس نیست که ما را گرم می کند، بلکه هوایی است که در خود نگه می دارد.

وقتی باد می وزد اوضاع بدتر می شود. باد بخش های عظیمی از هوای گرم نشده را حمل می کند. حتی وقتی ژاکت گرم می پوشیم، باد هیچ هزینه ای برای بیرون راندن هوای گرم از آن ندارد. وقتی حرکت می کنیم همین اتفاق می افتد. بدن ما به هوا "تصادف" می کند و در اطراف ما جریان دارد و مانند باد عمل می کند. این نیز اتلاف حرارت را چند برابر می کند.

چه راه حلی؟ بادگیر بپوشید: بادگیر و شلوار ضد باد. محافظت از گردن و سر را فراموش نکنید. به دلیل گردش خون فعال در مغز، گردن و سر گرم ترین قسمت های بدن هستند، بنابراین اتلاف گرما از آنها بسیار زیاد است. همچنین در هوای سرد، هم در حین رانندگی و هم هنگام انتخاب محل خواب لازم است از مکان های بادکرده خودداری شود.

تنظیم حرارت شیمیایی:

تنظیم حرارت شیمیاییتولید گرما به دلیل تغییر در سطح متابولیسم (فرآیندهای اکسیداتیو) ناشی از میکروویبره ماهیچه ها (ارتعاشات) انجام می شود که منجر به تغییر در تشکیل گرما در بدن می شود.

منبع گرما در بدن واکنش های گرمازا اکسیداسیون پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها و همچنین هیدرولیز ATP است (آدنوزین تری فسفات یک نوکلئوتید است که نقش بسیار مهمی در متابولیسم انرژی و مواد در بدن دارد. همه، این ترکیب به عنوان یک منبع جهانی انرژی برای تمام فرآیندهای بیوشیمیایی که در سیستم‌های زنده رخ می‌دهند، شناخته می‌شود. در هنگام تجزیه مواد مغذی، بخشی از انرژی آزاد شده در ATP انباشته می شود، بخشی به صورت گرما تلف می شود (گرمای اولیه 65-70٪ انرژی است). هنگام استفاده از اتصالات پر انرژی مولکول های ATPبخشی از انرژی به تحقق می رسد کار مفید، و مقداری دفع می شود (گرمای ثانویه). بنابراین، دو جریان گرما - اولیه و ثانویه - محصولات گرمایی هستند.

تنظیم حرارت شیمیایی برای حفظ دمای ثابت بدن هم در شرایط عادی و هم زمانی که دمای محیط تغییر می کند ضروری است. در انسان، افزایش تولید گرما به دلیل افزایش سرعت متابولیسم مشاهده می شود، به ویژه زمانی که دمای محیط از دمای مطلوب یا منطقه آسایش کمتر شود. برای فردی که لباس های سبک معمولی دارد، این منطقه در محدوده 18-20 درجه سانتیگراد است و برای یک فرد برهنه 28 درجه سانتیگراد است.

دمای مطلوب در آب بالاتر از هوا است. این به دلیل این واقعیت است که آب که دارای ظرفیت حرارتی و هدایت حرارتی بالایی است، بدن را 14 برابر بیشتر از هوا خنک می کند، بنابراین، در یک حمام خنک، متابولیسم به طور قابل توجهی بیشتر از هنگام قرار گرفتن در معرض هوا در همان دما افزایش می یابد.

شدیدترین تولید گرما در بدن در ماهیچه ها اتفاق می افتد. حتی اگر فردی بدون حرکت دراز بکشد، اما با عضلات منقبض، شدت فرآیندهای اکسیداتیو و در عین حال تولید گرما 10٪ افزایش می یابد. فعالیت بدنی خفیف منجر به افزایش تولید گرما 50-80٪ و کار سنگین عضلانی - 400-500٪ می شود.

کبد و کلیه ها نیز نقش مهمی در تنظیم حرارت شیمیایی دارند. دمای خون ورید کبدی بالاتر از دمای خون سرخرگ کبدی است که نشان دهنده تولید گرمای شدید در این اندام است. هنگامی که بدن سرد می شود، تولید گرما در کبد افزایش می یابد.

در صورت لزوم افزایش تولید گرما، بدن علاوه بر امکان دریافت گرما از بیرون، از مکانیسم هایی استفاده می کند که تولید انرژی گرمایی را افزایش می دهد. چنین مکانیسم هایی عبارتند از انقباضیو گرمازایی غیر انقباضی.

1. ترموژنز انقباضی.

این نوع تنظیم حرارت زمانی کار می کند که ما سرد هستیم و نیاز به افزایش دمای بدن داریم. این روش شامل انقباض عضلانی... با انقباض عضلانی، هیدرولیز ATP افزایش می یابد، بنابراین، جریان گرمای ثانویه به سمت گرم شدن بدن افزایش می یابد.

فعالیت ارادی دستگاه عضلانی عمدتاً تحت تأثیر قشر مغز رخ می دهد. در عین حال، افزایش تولید گرما 3-5 برابر در مقایسه با مقدار متابولیسم پایه امکان پذیر است.

معمولاً وقتی دمای محیط و دمای خون کاهش می یابد، اولین واکنش است افزایش تن تنظیم کننده حرارت(موهای بدن "به انتها می ایستد"، "برآمدگی غاز" ظاهر می شود). از نقطه نظر مکانیک انقباض، این تن یک میکروویبره است و اجازه می دهد تا تولید گرما را 25-40٪ از سطح اولیه افزایش دهد. معمولاً عضلات گردن، سر، تنه و اندام ها در ایجاد تون نقش دارند.

با هیپوترمی قابل توجه تر، تن تنظیم کننده حرارت به نوع خاصی از انقباض عضلانی تبدیل می شود - لرز سرد عضلانیکه در آن عضلات کار مفیدی انجام نمی دهند و انقباض آنها منحصراً برای تولید گرما است. لرز سرد یک فعالیت ریتمیک غیر ارادی عضلات سطحی است که در نتیجه فرآیندهای متابولیک بدن به طور قابل توجهی افزایش می یابد، مصرف اکسیژن و کربوهیدرات توسط بافت عضلانی افزایش می یابد که مستلزم افزایش تولید گرما است. لرزش اغلب در عضلات گردن و صورت شروع می شود. این به این دلیل است که اول از همه، دمای خونی که به سمت مغز جریان می یابد باید افزایش یابد. اعتقاد بر این است که تولید گرما در هنگام لرزش سرد 2-3 برابر بیشتر از فعالیت ماهیچه ای ارادی است.

مکانیسم توصیف شده در سطح رفلکس، بدون مشارکت آگاهی ما کار می کند. اما شما همچنین می توانید دمای بدن را با فعالیت حرکتی آگاهانه... هنگام انجام فعالیت بدنی با قدرت های مختلف، تولید گرما در مقایسه با سطح استراحت 5-15 برابر افزایش می یابد. در طی 15 تا 30 دقیقه اول کارکرد طولانی مدت، دمای هسته به سرعت به سطح نسبتاً ثابتی افزایش می یابد و سپس در این سطح باقی می ماند یا به آرامی به افزایش ادامه می دهد.

2. ترموژنز غیر انقباضی:

این نوع تنظیم حرارت می تواند منجر به افزایش و کاهش دمای بدن شود. با تسریع یا کند کردن فرآیندهای متابولیک کاتابولیک (اکسیداسیون) انجام می شود اسیدهای چرب). و این به نوبه خود منجر به کاهش یا افزایش تولید گرما می شود. با توجه به این نوع ترموژنز، سطح تولید گرما در انسان نسبت به سطح متابولیسم پایه می تواند 3 برابر افزایش یابد.

تنظیم فرآیندهای ترموژنز غیر انقباضی با فعال کردن سیستم عصبی سمپاتیک، تولید هورمون های تیروئید و مدولای آدرنال انجام می شود.

E. مدیریت تنظیم حرارت.

هیپوتالاموس.

سیستم تنظیم حرارت از تعدادی عنصر با عملکردهای مرتبط تشکیل شده است. اطلاعات دما از گیرنده های حرارتی می آید و با کمک سیستم عصبی به مغز می رسد.

نقش اصلی در تنظیم حرارت توسط هیپوتالاموس... مراکز اصلی تنظیم حرارت را در خود جای داده است که فرآیندهای پیچیده و متعددی را هماهنگ می کند که حفظ دمای بدن را در یک سطح ثابت تضمین می کند.

هیپوتالاموسناحیه کوچکی در دی انسفالون است که شامل عدد بزرگگروه‌هایی از سلول‌ها (بیش از 30 هسته) که فعالیت عصبی غدد درون‌ریز مغز و هموستاز (توانایی حفظ پایداری آن) را تنظیم می‌کنند. حالت داخلی) ارگانیسم. هیپوتالاموس از طریق مسیرهای عصبی تقریباً به تمام قسمت های سیستم عصبی مرکزی از جمله قشر، هیپوکامپ، آمیگدال، مخچه، ساقه مغز و نخاع متصل است. همراه با غده هیپوفیز، هیپوتالاموس سیستم هیپوتالاموس-هیپوفیز را تشکیل می دهد که در آن هیپوتالاموس ترشح هورمون های هیپوفیز را کنترل می کند و رابط مرکزی بین سیستم عصبی و غدد درون ریز است. هورمون ها و نوروپپتیدها را ترشح می کند و عملکردهایی مانند گرسنگی و تشنگی، تنظیم حرارت بدن، رفتار جنسی، خواب و بیداری (ریتم شبانه روزی) را تنظیم می کند. پژوهش سالهای اخیرنشان می دهد که هیپوتالاموس نقش مهمی در تنظیم عملکردهای بالاتر مانند حافظه و وضعیت عاطفی، و بنابراین در شکل گیری جنبه های مختلف رفتار شرکت می کند.

تخریب مراکز هیپوتالاموس یا اختلال در اتصالات عصبی منجر به از دست دادن توانایی تنظیم دمای بدن می شود.

هیپوتالاموس قدامی حاوی نورون هایی است که فرآیندهای انتقال حرارت را کنترل می کنند.(آنها تنظیم حرارت فیزیکی را فراهم می کنند - انقباض عروق، تعریق) هنگامی که نورون های هیپوتالاموس قدامی از بین می روند، بدن دمای بالا را تحمل نمی کند، اما فعالیت فیزیولوژیکی در شرایط سرد باقی می ماند.

نورون های هیپوتالاموس خلفی فرآیندهای تولید گرما را کنترل می کنند(آنها تنظیم حرارت شیمیایی را فراهم می کنند - افزایش تولید گرما، لرزش عضلانی) هنگامی که آنها آسیب می بینند، توانایی افزایش تبادل انرژی مختل می شود، بنابراین بدن به خوبی سرما را تحمل نمی کند.

سلول های عصبی حساس به حرارت ناحیه پره اپتیک هیپوتالاموس مستقیماً دمای خون شریانی را که در مغز جریان دارد "اندازه گیری" می کنند و به تغییرات دما بسیار حساس هستند (آنها قادر به تشخیص تفاوت دمای خون 0.011 درجه سانتیگراد هستند). نسبت نورون های حساس به سرما و گرما در هیپوتالاموس 1: 6 است، بنابراین گیرنده های حرارتی مرکزی عمدتاً با افزایش دمای "هسته" بدن انسان فعال می شوند.

بر اساس تجزیه و تحلیل و ادغام اطلاعات در مورد دمای خون و بافت‌های محیطی، میانگین (انتگرال) دمای بدن به طور مداوم در ناحیه پیش‌اپتیک هیپوتالاموس تعیین می‌شود. این داده ها از طریق نورون های بین دهانی به گروهی از نورون ها در هیپوتالاموس قدامی منتقل می شوند که سطح خاصی از دمای بدن را در بدن تعیین می کنند - یک "نقطه تنظیم" برای تنظیم حرارت. بر اساس تجزیه و تحلیل و مقایسه میانگین دمای بدن و مقدار دمای هدف که باید تنظیم شود، مکانیسم های "نقطه تنظیم" از طریق نورون های موثر هیپوتالاموس خلفی بر روی فرآیندهای انتقال حرارت یا تولید گرما عمل می کنند تا دمای واقعی و هدف را در خط قرار دهید.

بنابراین، به دلیل عملکرد مرکز تنظیم حرارت، تعادلی بین تولید گرما و انتقال گرما برقرار می‌شود که اجازه می‌دهد دمای بدن را در محدوده بهینه برای فعالیت حیاتی ارگانیسم حفظ کند.

سیستم غدد درون ریز.

هیپوتالاموس فرآیندهای تولید گرما و انتقال گرما را کنترل می کند و تکانه های عصبی را به غدد درون ریز، عمدتا تیروئید، و غدد فوق کلیوی می فرستد.

مشارکت غده تیروئیددر تنظیم حرارتی به این دلیل است که اثر دمای پایین منجر به افزایش ترشح هورمون های آن (تیروکسین، تری یدوتیرونین) می شود که باعث تسریع متابولیسم و ​​در نتیجه تولید گرما می شود.

نقش غدد فوق کلیویهمراه با آزاد شدن کاتکول آمین ها (آدرنالین، نوراپی نفرین، دوپامین) در جریان خون، که با افزایش یا کاهش فرآیندهای اکسیداتیو در بافت ها (به عنوان مثال، ماهیچه)، افزایش یا کاهش تولید گرما و تنگ یا بزرگ شدن عروق پوستی، تغییر سطح انتقال گرما.

تنظیم حرارت با مکانیسم های تنظیم سطح تولید گرما (تنظیم شیمیایی) و انتقال حرارت (تنظیم فیزیکی) همراه است. تعادل تولید گرما و انتقال حرارت توسط هیپوتالاموس کنترل می شود که اجزای حسی، خودمختار، عاطفی و حرکتی رفتار سازگارانه را یکپارچه می کند.

درک دما توسط تشکیلات گیرنده سطح بدن (گیرنده های پوست) و گیرنده های دمای عمیق در دستگاه تنفسی، رگ های خونی، اندام های داخلی، در شبکه های عصبی بین عضلانی دستگاه گوارش انجام می شود. تکانه های این گیرنده ها در امتداد اعصاب آوران به مرکز تنظیم حرارت در هیپوتالاموس حرکت می کنند. مکانیسم های مختلفی را فعال می کند که تولید گرما یا انتقال حرارت را فراهم می کند. یک مکانیسم بازخورد شامل سیستم عصبی و جریان خون، حساسیت گیرنده های دما را تغییر می دهد (شکل 15.4، 15.5). سازندهای حساس به گرما نیز در آن قرار دارند مناطق مختلف CNS - در قشر حرکتی، در هیپوتالاموس، در ساقه مغز (شکل مشبک، بصل النخاع) و نخاع.

در هیپوتالاموس، که گاهی اوقات "ترموستات بدن" نامیده می شود، نه تنها مرکزی وجود دارد که تکانه های حسی مختلف مرتبط با اطلاعات مربوط به گرما را ادغام می کند.

برنج. 15.4.

تعادل جدید بدن، بلکه مرکز تنظیم واکنش های حرکتی است که تغییرات دما را کنترل می کند. پس از اختلال در عملکرد هیپوتالاموس، توانایی تنظیم دمای بدن از بین می رود.

هیپوتالاموس قدامی تنظیم انتقال حرارت را برای جلوگیری از گرمای بیش از حد کنترل می کند - نورون های آن به دمای جریان خون حساس هستند. اگر کار این مرکز مختل شود، کنترل دمای بدن در محیط سرد حفظ می شود، اما در گرما وجود ندارد و دمای بدن به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

مرکز دیگری از تنظیم حرارت که در هیپوتالاموس خلفی قرار دارد، میزان تولید گرما را کنترل می کند

برنج. 15.5.مشارکت سیستم عصبی در تنظیم حرارت و در نتیجه از سرد شدن بیش از حد جلوگیری می کند. اختلال در کار این مرکز باعث کاهش توانایی افزایش متابولیسم انرژی در محیط سرد و کاهش دمای بدن می شود.

انتقال گرما از نواحی داخلی بدن به اندام‌ها در نتیجه تغییر در حجم جریان خون وسیله مهمی برای تنظیم انتقال حرارت از طریق واکنش‌های وازوموتور است. اندام‌ها می‌توانند دامنه دمایی بسیار وسیع‌تری را نسبت به نواحی داخلی بدن تحمل کنند و «دریچه‌های» دمایی عالی را تشکیل می‌دهند. مکان هایی که بسته به هجوم گرما از داخل بدن از طریق جریان خون، می توانند گرمای کمتر یا بیشتری را از دست بدهند.

تنظیم حرارت با سیستم عصبی سمپاتیک مرتبط است (شکل 15.5 را ببینید). تون عروق را تنظیم می کند. در نتیجه، جریان خون به پوست تغییر می کند (به فصل 4 مراجعه کنید). انبساط عروق زیر جلدی با کاهش سرعت جریان خون در آنها و افزایش انتقال حرارت همراه است (شکل 15.6). در گرمای شدید، جریان خون در پوست اندام ها به طور چشمگیری افزایش می یابد و گرمای اضافی دفع می شود. نزدیکی وریدها به سطح پوست، خنک شدن خون را افزایش می دهد که به داخل بدن باز می گردد.

هنگامی که سرد می شود، رگ ها باریک می شوند، جریان خون به سمت محیطی کاهش می یابد. در انسان با عبور خون از عروق بزرگ دست و یوگی دمای آن کاهش می یابد. خون وریدی سرد شده که از طریق رگ‌های نزدیک به شریان‌ها به داخل بدن باز می‌گردد، حجم بزرگی را جذب می‌کند.

برنج. 15.6.واکنش عروق سطحی پوست به سرما - انقباض (آ)و گرما - انبساط (ب)

نسبت گرمایی که از خون شریانی پخش می شود. چنین سیستمی نامیده می شود تبادل حرارت خلاف جریانپس از عبور خون از اندام ها باعث بازگشت مقدار زیادی گرما به داخل بدن می شود. اثر کلی چنین سیستمی کاهش انتقال حرارت است. در دمای هوا نزدیک به صفر، چنین سیستمی مفید نیست، زیرا در نتیجه تبادل حرارت شدید بین خون شریانی و وریدی، دمای انگشتان دست و پا می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد که می تواند باعث سرمازدگی شود.

منبع اصلی تولید گرما با انقباضات عضلانی مرتبط است که تحت کنترل ارادی است. نوع دیگری از افزایش تولید گرما در بدن می تواند لرزش عضلانی باشد - واکنش به سرما. حرکت خفیف ماهیچه ها در هنگام لرزش باعث افزایش راندمان تولید گرما می شود. با لرزش، خم کننده ها و اکستانسورهای اندام ها و ماهیچه های جونده به صورت ریتمیک و همزمان با فرکانس بالا منقبض می شوند. فرکانس و قدرت انقباض ممکن است متفاوت باشد. لرزش تنها در صورتی ایجاد می شود که ماهیچه های مشخص شده در نوع دیگری از فعالیت درگیر نباشند. با کار عضلانی داوطلبانه می توان بر آن غلبه کرد. حرکت ارادی، مانند راه رفتن، با انقباض عضلانی همراه است که بر لرزش غلبه می کند. لرزش و راه رفتن هر دو با تشکیل گرما همراه است. نورون های هیپوتالاموس خلفی بر تعداد و قدرت انقباضات عضلانی در هنگام لرزش تأثیر می گذارند. این مرکز تکانه ها را از مرکز تنظیم حرارت در هیپوتالاموس قدامی و از گیرنده های عضلانی دریافت می کند. تکانه های مغز به تمام سطوح نخاع می رسد، جایی که سیگنال های ریتمیک تولید می شود که باعث لرزش در عضلات می شود.

علاوه بر این، انرژی حرارتیدر اثر تجزیه چربی ذخیره شده در بافت چربی ایجاد می شود. موثرترین چربی از این نظر چربی قهوه ای است که در نوزادان تازه متولد شده بین تیغه های شانه و پشت جناغ سینه قرار دارد. در عرض چند روز پس از تولد، تولید گرما توسط سلول های چربی قهوه ای واکنش اصلی به سرما است. بعداً در کودکان، لرزش به چنین واکنشی تبدیل می شود. چربی قهوه ای در حیواناتی که به خواب زمستانی می روند به مقدار زیاد یافت می شود. شکستن چربی از بافت چربی سفید کمتر موثر است. چربی سفید به شکل گیری کمک نمی کند، بلکه به حفظ گرما کمک می کند.

مکانیسم های انتقال حرارت بدن در شرایط سرما و گرما ">

مکانیسم های انتقال حرارت بدن در شرایط سرما و گرما: الف) توزیع مجدد خون بین رگ های اندام های داخلی و عروق سطح پوست. ب) توزیع مجدد خون در عروق پوست.

تنظیم حرارت فیزیکی در مراحل بعدی تکامل ظاهر شد. مکانیسم های آن بر فرآیندهای متابولیسم سلولی تأثیر نمی گذارد. مکانیسم‌های تنظیم حرارت فیزیکی به صورت بازتابی گنجانده شده‌اند و مانند هر مکانیسم بازتابی، سه جزء اصلی دارند. اولا، اینها گیرنده هایی هستند که تغییرات دمای داخل بدن یا محیط را درک می کنند. لینک دوم مرکز تنظیم حرارت است. سومین پیوند، افکتورها هستند که فرآیندهای انتقال حرارت را تغییر می دهند و دمای بدن را در یک سطح ثابت نگه می دارند. در بدن، به جز غده عرق، هیچ عامل خاص مکانیزم رفلکس تنظیم حرارت فیزیکی وجود ندارد.

اهمیت تنظیم حرارت فیزیکی

تنظیم حرارت فیزیکی تنظیم انتقال حرارت است. مکانیسم های آن حفظ دمای بدن را در یک سطح ثابت، هم در شرایطی که بدن با گرمای بیش از حد تهدید می شود و هم در هنگام خنک شدن، تضمین می کند.

تنظیم حرارت فیزیکی با تغییر انتشار گرما از بدن انجام می شود. در حفظ ثبات دمای بدن در طول اقامت بدن در شرایط افزایش دمای محیط اهمیت ویژه ای پیدا می کند.

انتقال حرارت از طریق تابش گرما (انتقال حرارت تشعشعی)، جابجایی، یعنی حرکت و اختلاط هوای گرم شده توسط بدن، هدایت گرما، یعنی. انتقال گرما توسط یک ماده در تماس با سطح بدن. ماهیت انتقال گرما توسط بدن بسته به شدت متابولیسم تغییر می کند.

از اتلاف گرما توسط لایه ای از هوای ساکن که بین لباس و پوست قرار دارد جلوگیری می شود، زیرا هوا رسانای ضعیفی برای گرما است. لایه بافت چربی زیر جلدی به دلیل هدایت حرارتی کم چربی به طور قابل توجهی از انتقال حرارت جلوگیری می کند.

تنظیم دما

دمای پوست و در نتیجه شدت تابش گرما و هدایت گرما می تواند در شرایط سرد یا گرم محیط خارجی در نتیجه توزیع مجدد خون در عروق و با تغییر حجم خون در گردش تغییر کند.

در سرما، رگ های خونی پوست، عمدتاً شریان ها، باریک می شوند. خون بیشتری وارد رگ های حفره شکمی می شود و بنابراین انتقال حرارت محدود می شود. لایه های سطحی پوست که خون گرم کمتری دریافت می کنند، گرمای کمتری از خود ساطع می کنند، بنابراین انتقال حرارت کاهش می یابد. علاوه بر این، با خنک شدن قوی پوست، آناستوموزهای شریانی وریدی باز می شوند که باعث کاهش خون ورودی به مویرگ ها می شود و در نتیجه از انتقال حرارت جلوگیری می کند.

توزیع مجدد خون که در سرما اتفاق می افتد - کاهش میزان گردش خون از طریق عروق سطحی و افزایش مقدار خون عبوری از رگ های اندام های داخلی - به حفظ گرما در اندام های داخلی کمک می کند. که دمای آن در یک سطح ثابت حفظ می شود.

هنگامی که دمای محیط افزایش می یابد، رگ های پوست منبسط می شوند، میزان گردش خون در آنها افزایش می یابد. حجم خون در گردش در سراسر بدن نیز به دلیل انتقال آب از بافت ها به رگ های خونی افزایش می یابد و همچنین به این دلیل که طحال و سایر انبارهای خون خون اضافی را به جریان خون عمومی می ریزند. افزایش میزان گردش خون از طریق عروق سطح بدن باعث افزایش انتقال گرما از طریق تشعشع و همرفت می شود. برای ثابت نگه داشتن دمای بدن در دمای بالای محیط، تعریق نیز مهم است که به دلیل انتقال حرارت در طول تبخیر آب رخ می دهد.

دمای بدن انسان و حیوانات بالاتر علیرغم نوسانات دمای محیط در سطح نسبتاً ثابتی حفظ می شود. این ثبات دمای بدن ایزوترم نامیده می شود.

ایزوترمی فقط برای حیوانات به اصطلاح هوموترمال یا خونگرم مشخص است. ایزوترمی در حیوانات پویکیلوترمیک یا خونسرد که دمای بدنشان متغیر است و با دمای محیط کمی متفاوت است وجود ندارد.

ایزوترمی در طول رشد ارگانیسم به تدریج ایجاد می شود. در یک نوزاد تازه متولد شده، توانایی حفظ دمای ثابت بدن ضعیف است. در نتیجه، سرد شدن (هیپوترمی) یا گرمای بیش از حد (هیپرترمی) بدن ممکن است در دمای محیطی رخ دهد که بر بزرگسالان تأثیر نمی گذارد. علاوه بر این، حتی کار ماهیچه های کوچک، مانند زمانی که کودک برای مدت طولانی گریه می کند، می تواند دمای بدن را افزایش دهد.

دما یکی از مهم ترین عوامل تعیین کننده سرعت و جهت واکنش های شیمیایی است. جوهر متابولیسم - ویژگی اصلی و جدایی ناپذیر زندگی - واکنش های آنزیمی شیمیایی است. بنابراین، دما یکی از مهمترین ثابت های بدن است که در یک سطح کاملاً ثابت حفظ می شود. دمای اندام ها و بافت ها و همچنین کل ارگانیسم به طور کلی به شدت تولید گرما و میزان انتقال حرارت بستگی دارد.

تولید گرما در نتیجه واکنش های گرمازا به طور مداوم رخ می دهد. این واکنش ها در تمام اندام ها و بافت ها با درجات مختلف شدت رخ می دهد. در بافت ها و اندام هایی که کار فعال انجام می دهند - در بافت عضلانی، کبد، کلیه ها، گرمای بیشتری نسبت به کمتر فعال - بافت همبند، استخوان ها، غضروف آزاد می شود.

انتقال حرارت انتقال گرما به محیط است که به طور مداوم و همزمان با فرآیند تولید گرما ادامه دارد.

از دست دادن گرما به روش های مختلفی رخ می دهد. مانند هر جسم گرم شده، بدن با تشعشع گرما می دهد. در شرایطی که دمای محیط کمتر از دمای بدن است، گرما از طریق همرفت آزاد می شود - گرم کردن هوا یا اجسامی که بدن با آنها در تماس است. در نهایت، انتقال حرارت با تبخیر آب - عرق از سطح بدن انجام می شود. مقداری از گرما در هوای بازدمی، ادرار و مدفوع از دست می‌رود.

دمای اندام های مختلف متفاوت است. بنابراین کبد که در اعماق بدن قرار دارد و گرمای بیشتری تولید می کند، در انسان دمای بالاتر و ثابتی (37.8-38 درجه سانتی گراد) نسبت به پوست دارد که دمای آن بسیار کمتر است (در مناطق پوشیده از لباس، 29.5-33، 9 درجه سانتیگراد) و بیشتر به محیط وابسته است. علاوه بر این، قسمت‌های مختلف سطح پوست دمای متفاوتی دارند. به طور معمول، دمای پوست تنه و سر (33-34 درجه سانتیگراد) بالاتر از دمای اندام ها است. از مطالب فوق نتیجه می گیرد که مفهوم "دمای ثابت بدن" مشروط است. بهتر از همه، دمای متوسط ​​بدن به طور کلی با دمای خون در بزرگترین رگ ها مشخص می شود، زیرا خون در گردش در آنها در بافت های فعال گرم می شود (در نتیجه آنها را خنک می کند) و در پوست خنک می شود (در رگ های خونی). همزمان گرم کردن آن).

دمای بدن یک فرد معمولاً بر اساس اندازه گیری آن در زیر بغل قضاوت می شود. اینجا درجه حرارت است فرد سالمبرابر با 36.5 -36.9 درجه سانتیگراد است. در کلینیک، دمای رکتوم اغلب اندازه گیری می شود (به ویژه در نوزادان)، که در آن بالاتر از زیر بغل است و به طور متوسط ​​​​با دمای یک فرد سالم به طور متوسط ​​​​37.2-37.5 درجه سانتیگراد است.

دمای بدن ثابت نمی ماند، اما در طول روز در محدوده 0.5-0.7 درجه سانتیگراد در نوسان است. استراحت و خواب دما را پایین می آورد، فعالیت ماهیچه ای آن را افزایش می دهد. حداکثر دمای بدن در ساعت 4-6 بعد از ظهر، حداقل - در ساعت 3-4 صبح مشاهده می شود.

ثبات دمای بدن در یک فرد را می توان حفظ کرد به شرطی که تولید گرما و انتقال حرارت کل بدن برابر باشد. این از طریق مکانیسم های فیزیولوژیکی تنظیم حرارت حاصل می شود. تنظیم حرارتی به شکل ترکیبی از فرآیندهای تولید گرما و انتقال حرارت، که توسط مسیر عصبی غدد درون ریز تنظیم می شود، آشکار می شود. تنظیم حرارت معمولاً به دو دسته شیمیایی و فیزیکی تقسیم می شود.

تنظیم حرارت شیمیایی با تغییر سطح تولید گرما انجام می شود، یعنی. تقویت یا تضعیف شدت متابولیسم در سلول های بدن. تنظیم حرارت فیزیکی با تغییر شدت انتشار گرما انجام می شود.

افزایش تولید گرما با ترموگونز انقباضی به دلیل افزایش فعالیت بافت عضلانی رخ می دهد. هنگامی که عضلات ارادی اسکلتی منقبض می شوند، تولید گرما افزایش می یابد. نوع خاصی از انقباض عضلانی وجود دارد - لرزش عضلانی، که در آن عضلات کار مفیدی انجام نمی دهند و انقباض آنها منحصراً با هدف تولید گرما است.

با گرمازایی بدون انقباض، سیر واکنش های شیمیایی تغییر می کند. تمام انرژی آزاد شده در فرآیندهای تجزیه در مولکول ATP وجود ندارد. تعداد مولکول های ATP سنتز شده کاهش می یابد، زیرا مقداری از انرژی بلافاصله به گرما تبدیل می شود. بدن گرم می شود، اما توانایی های کاری آن کاهش می یابد. تنظیم حرارت شیمیایی مبتنی بر تغییر متابولیک برای ثابت نگه داشتن دمای بدن بسیار گران است.

تنظیم حرارت شیمیایی برای حفظ دمای ثابت بدن، چه در شرایط عادی و چه زمانی که دمای محیط تغییر می کند، ضروری است. مکانیسم های تنظیم حرارت شیمیایی زمانی فعال می شوند که اندام ها در معرض خنک شدن طولانی و قوی قرار گیرند.

در انسان، در صورتی که دمای محیط از دمای مطلوب یا منطقه آسایش کمتر شود، تولید گرما به دلیل افزایش نرخ متابولیسم افزایش می یابد. با لباس های سبک معمولی، این منطقه در محدوده 18-20 درجه سانتیگراد است و برای یک فرد برهنه - 28 درجه سانتیگراد.

شدیدترین تولید گرما در بدن در ماهیچه ها اتفاق می افتد. حتی اگر فردی بدون حرکت دراز بکشد، اما با عضلات منقبض، فرآیندهای اکسیداتیو و در عین حال تولید گرما، 10٪ افزایش می یابد. فعالیت بدنی خفیف منجر به افزایش تولید گرما 50-80٪ و کار سنگین عضلانی - 400-500٪ می شود.

در شرایط سرد، تولید گرما در عضلات افزایش می یابد، حتی اگر فرد ساکن باشد. این به دلیل این واقعیت است که خنک شدن سطح بدن، با تأثیر بر گیرنده هایی که تحریک سرد را درک می کنند، به طور انعکاسی باعث انقباضات غیر ارادی عضلانی می شود که به شکل لرزش (لرز) ظاهر می شود. در این حالت، فرآیندهای متابولیک بدن به طور قابل توجهی افزایش می یابد، مصرف اکسیژن و کربوهیدرات ها توسط بافت عضلانی افزایش می یابد، که مستلزم افزایش تولید گرما است.

در تنظیم حرارت شیمیایی علاوه بر عضلات، کبد و کلیه نقش بسزایی دارند.

آزاد شدن انرژی در بدن به دلیل تجزیه اکسیداتیو پروتئین ها، چربی ها و کربوهیدرات ها اتفاق می افتد. بنابراین، تمام مکانیسم هایی که فرآیندهای اکسیداتیو را تنظیم می کنند، تولید گرما را نیز تنظیم می کنند.

تنظیم حرارت فیزیکی در مراحل بعدی تکامل ظاهر شد. مکانیسم های آن بر فرآیندهای متابولیسم سلولی تأثیر نمی گذارد. مکانیسم‌های تنظیم حرارت فیزیکی به صورت بازتابی گنجانده شده‌اند و مانند هر مکانیسم بازتابی، سه جزء اصلی دارند. اولا، اینها گیرنده هایی هستند که تغییرات دمای داخل بدن یا محیط را درک می کنند. لینک دوم مرکز تنظیم حرارت است. سومین پیوند، افکتورها هستند که فرآیندهای انتقال حرارت را تغییر می دهند و دمای بدن را در یک سطح ثابت نگه می دارند. در بدن، به جز غده عرق، هیچ عامل خاص مکانیزم رفلکس تنظیم حرارت فیزیکی وجود ندارد.

تنظیم حرارت فیزیکی تنظیم انتقال حرارت است. مکانیسم های آن حفظ دمای بدن را در یک سطح ثابت، هم در شرایطی که بدن با گرمای بیش از حد تهدید می شود و هم در هنگام خنک شدن، تضمین می کند.

تنظیم حرارت فیزیکی با تغییر انتشار گرما از بدن انجام می شود. در حفظ ثبات دمای بدن در طول اقامت بدن در شرایط افزایش دمای محیط اهمیت ویژه ای پیدا می کند.

انتقال حرارت از طریق تابش گرما (انتقال حرارت تشعشعی)، جابجایی، یعنی حرکت و اختلاط هوای گرم شده توسط بدن، هدایت گرما، یعنی. انتقال گرما توسط یک ماده در تماس با سطح بدن. ماهیت انتقال گرما توسط بدن بسته به شدت متابولیسم تغییر می کند.

از اتلاف گرما توسط لایه ای از هوای ساکن که بین لباس و پوست قرار دارد جلوگیری می شود، زیرا هوا رسانای ضعیفی برای گرما است. لایه بافت چربی زیر جلدی به دلیل هدایت حرارتی کم چربی به طور قابل توجهی از انتقال حرارت جلوگیری می کند.

دمای پوست و در نتیجه شدت تابش گرما و هدایت گرما می تواند در شرایط سرد یا گرم محیط خارجی در نتیجه توزیع مجدد خون در عروق و با تغییر حجم خون در گردش تغییر کند.

در سرما، رگ های خونی پوست، عمدتاً شریان ها، باریک می شوند. خون بیشتری وارد رگ های حفره شکمی می شود و بنابراین انتقال حرارت محدود می شود. لایه های سطحی پوست که خون گرم کمتری دریافت می کنند، گرمای کمتری از خود ساطع می کنند، بنابراین انتقال حرارت کاهش می یابد. علاوه بر این، با خنک شدن قوی پوست، آناستوموزهای شریانی وریدی باز می شوند که باعث کاهش خون ورودی به مویرگ ها می شود و در نتیجه از انتقال حرارت جلوگیری می کند.

توزیع مجدد خون که در سرما اتفاق می افتد - کاهش میزان گردش خون از طریق عروق سطحی و افزایش مقدار خون عبوری از رگ های اندام های داخلی - به حفظ گرما در اندام های داخلی کمک می کند. که دمای آن در یک سطح ثابت حفظ می شود.

هنگامی که دمای محیط افزایش می یابد، رگ های پوست منبسط می شوند، میزان گردش خون در آنها افزایش می یابد. حجم خون در گردش در سراسر بدن نیز به دلیل انتقال آب از بافت ها به رگ های خونی افزایش می یابد و همچنین به این دلیل که طحال و سایر انبارهای خون خون اضافی را به جریان خون عمومی می ریزند. افزایش میزان گردش خون از طریق عروق سطح بدن باعث افزایش انتقال گرما از طریق تشعشع و همرفت می شود. برای ثابت نگه داشتن دمای بدن در دمای بالای محیط، تعریق نیز مهم است که به دلیل انتقال حرارت در طول تبخیر آب رخ می دهد.

واکنش‌های تنظیمی که حفظ دمای ثابت بدن را تضمین می‌کنند، اعمال رفلکس پیچیده‌ای هستند که در پاسخ به تحریک دمایی گیرنده‌ها رخ می‌دهند.

گیرنده هایی که مکانیسم های بازتابی تنظیم حرارت شیمیایی و فیزیکی از آنها ایجاد می شود به گیرنده هایی که به گرما و سرما پاسخ می دهند یا گیرنده های حرارتی سرما و گرما تقسیم می شوند. آنها هم در سطح و هم در داخل بدن قرار دارند. از سطح، گیرنده های حرارتی پوست بسیار مهم هستند، از درونی - گیرنده های حرارتی هیپوتالاموس.

مکانیسم مرکزی سیستم تنظیم حرارت شامل تعدادی از بخش‌های سیستم عصبی مرکزی، از نخاع تا قشر مغز است. او بخش اصلیدر هیپوتالاموس قرار دارد و به یک مرکز تولید گرما و یک مرکز انتقال حرارت تقسیم می شود. تکانه های هیپوتالاموس در امتداد مسیرهای نزولی به مراکز سیستم عصبی خودمختار واقع در بصل النخاع و نخاع، یا به نورون هایی که عضلات مخطط را عصب دهی می کنند، حرکت می کنند. سپس، در امتداد اعصاب رویشی و جسمی، اطلاعات به عوامل تنظیم حرارت می رسد: ماهیچه ها، غدد عرق، مراکز تنفسی و قلبی عروقی، تغییر عملکرد آنها به منظور حفظ یا دادن بدن. با توجه به ارتباط بین ساختارهای هیپوتالاموس و غده هیپوفیز، ساختارهای مرکزی تنظیم حرارت از طریق غدد درون ریز به روش عصبی-هومورال می توانند بر شدت متابولیسم در سلول ها تأثیر بگذارند و تولید گرما را افزایش دهند. البته اینها مکانیسم های بازتابی برای تنظیم دمای بدن هستند. اتصالات نزدیک مراکز هیپوتالاموس با قشر مغز، تنظیم رفلکس شرطی فرآیندهای تنظیم حرارت، یک تغییر تطبیقی ​​ظریف در فعالیت همه اندام‌های درگیر در تنظیم حرارت در پاسخ به تغییرات مختلف در محیط خارجی را فراهم می‌کند.

تنها عامل خود - انجام دهنده تنظیم حرارت فیزیکی - غده عرق است. عرق کردن قوی ترین مکانیسم فیزیولوژیکی انتقال حرارت است، به عنوان مثال. خنک کننده فردی که در حالت آرام قرار دارد، حدود 20 درصد گرما را با تبخیر رطوبت آزاد شده در هنگام تعریق و تا 80 درصد در حین کار عضلانی از دست می دهد. شدت فرآیند تبخیر به عوامل زیادی بستگی دارد: وضعیت بدن، دمای محیط، حرکت هوا و رطوبت. تبخیر آب یک عامل مهم در تنظیم حرارت فیزیکی است. علاوه بر عامل خود غده عرق، با آزاد شدن آب در طول تنفس و تبخیر آن از سطح دستگاه تنفسی نیز انجام می شود. بنابراین، سیستم تنفسی یکی از مهمترین عوامل تنظیم حرارت فیزیکی است. تغییر در فرکانس و عمق حرکات تنفسی - تنگی نفس حرارتی که زمانی رخ می دهد که بدن در معرض دمای بالا قرار می گیرد - مکانیسم مهم تنظیم حرارت در انسان است. یکی از مهمترین عوامل تنظیم حرارت فیزیکی، سیستم قلبی عروقی است که مشکلات انتقال گرما و ذخیره گرما را حل می کند و بنابراین در شرایطی که بدن را با گرمای بیش از حد و خنک شدن تهدید می کند درگیر فرآیندهای تنظیم حرارت است. گرما از سطح بدن - پوست، چربی زیر جلدی و ماهیچه های تا حدی مجاور - وارد محیط می شود. تغییر در قطر رگ های این اندام ها منجر به توزیع مجدد مقدار خون "گرم شده" در گردش می شود. در شرایطی که انتقال حرارت باید کاهش یابد، انقباض عروق رخ می دهد، مقدار خون جریان یافته به سطح بدن کاهش می یابد و خون گرم شده با عبور از آناستوموزهای شریانی وریدی به عروق اندام های داخلی جریان می یابد. دمای سطح بدن کاهش می یابد و انتقال گرما از طریق تابش گرما و همرفت کاهش می یابد. در شرایطی که نیاز به افزایش انتقال حرارت دارد، اتساع عروق منجر به افزایش جریان خون "گرم" به سطح بدن می شود و انتقال حرارت افزایش می یابد. در عین حال، تعریق در این شرایط افزایش می یابد.