Mechanizmy termoregulacji chemicznej. Termoregulacja człowieka: co to jest? Pytania i zadania

U zwierząt i ludzi stałocieplnych (tzw. organizmów homeotermicznych), w przeciwieństwie do organizmów zimnokrwistych (lub poikilotermicznych), stała temperatura ciała jest warunkiem istnienia, jednym z kardynalnych parametrów homeostazy (lub stałości) wewnętrznego środowisko ciała.

Fizjologiczne mechanizmy zapewniające homeostazę termiczną organizmu (jego „jądra”) dzielą się na dwa grupy funkcyjne: mechanizmy termoregulacji chemicznej i fizycznej. Termoregulacja chemiczna to regulacja produkcji ciepła przez organizm. Ciepło jest stale wytwarzane w organizmie podczas reakcji redoks metabolizmu. Jednocześnie część jest przekazywana do środowiska zewnętrznego, im więcej, tym większa różnica między temperaturą ciała a otoczeniem. Dlatego utrzymanie stabilnej temperatury ciała przy spadku temperatury otoczenia wymaga odpowiedniego zwiększenia procesów metabolicznych i towarzyszącego mu wytwarzania ciepła, co kompensuje utratę ciepła i prowadzi do zachowania ogólnego bilansu cieplnego organizmu i utrzymania stałość temperatury wewnętrznej. Proces odruchowego wzmacniania wytwarzania ciepła w odpowiedzi na spadek temperatury otoczenia nazywany jest termoregulacją chemiczną. Uwalnianie energii w postaci ciepła towarzyszy funkcjonalnemu obciążeniu wszystkich narządów i tkanek i jest charakterystyczne dla wszystkich żywych organizmów. Specyfika organizmu ludzkiego polega na tym, że zmiana produkcji ciepła jako reakcja na zmianę temperatury stanowi w nim szczególną reakcję organizmu, która nie wpływa na poziom funkcjonowania głównych układów fizjologicznych.

Specyficzna produkcja ciepła termoregulacyjnego koncentruje się głównie w mięśniach szkieletowych i jest związana z: specjalne formy funkcjonowanie mięśni, nie wpływając na ich bezpośrednią aktywność ruchową. Wzrost wydzielania ciepła podczas chłodzenia może również wystąpić w mięśniu w spoczynku, a także w przypadku sztucznego wyłączenia funkcji skurczowej przez działanie określonych trucizn.

Jednym z najczęstszych mechanizmów specyficznego wytwarzania ciepła termoregulacyjnego w mięśniach jest tzw. napięcie termoregulacyjne. Wyraża się to mikroskurczami włókienek, rejestrowanymi jako wzrost aktywności elektrycznej nieruchomego zewnętrznie mięśnia po ochłodzeniu. Ton termoregulacyjny zwiększa zużycie tlenu przez mięśnie, czasami o ponad 150%. Przy silniejszym chłodzeniu, wraz z gwałtownym wzrostem napięcia termoregulacyjnego, pojawiają się widoczne skurcze mięśni w postaci zimnych dreszczy. W takim przypadku wymiana gazowa wzrasta do 300 - 400%. Charakterystyczne jest, że mięśnie są nierówne pod względem udziału udziału w wytwarzaniu ciepła termoregulacyjnego.

Przy przedłużonej ekspozycji na zimno termogenezę typu skurczowego można w takim czy innym stopniu zastąpić (lub uzupełnić) poprzez przełączenie oddychania tkankowego w mięśniu na tak zwaną ścieżkę wolną (niefosforylującą), w której faza tworzenia kolejny rozpad ATP wypada. Mechanizm ten nie jest związany z aktywnością skurczową mięśni. Całkowita masa ciepła uwalnianego podczas swobodnego oddychania jest praktycznie taka sama jak w termogenezie drożdży, ale większość energii cieplnej jest zużywana natychmiast, a procesów oksydacyjnych nie można zahamować brakiem ADP czy nieorganicznego fosforanu.

Ta ostatnia okoliczność umożliwia swobodne utrzymywanie wysokiego poziomu wytwarzania ciepła przez długi czas.

Zmiany intensywności metabolizmu wywołane wpływem temperatury otoczenia na organizm człowieka są naturalne. W pewnym zakresie temperatur zewnętrznych produkcja ciepła odpowiadająca wymianie spoczynkowego organizmu jest całkowicie kompensowana jego „normalnym” (bez aktywnej intensyfikacji) przenoszeniem ciepła. Wymiana ciepła między ciałem a otoczeniem jest zrównoważona. Ten zakres temperatur nazywa się strefą termoneutralną. Kurs w tej strefie jest minimalny. Często mówią o punkcie krytycznym, implikując określoną wartość temperatury, przy której osiągany jest bilans cieplny z otoczeniem. Teoretycznie jest to prawda, ale praktycznie niemożliwe jest eksperymentalne ustalenie takiego punktu ze względu na ciągłe nieregularne wahania metabolizmu i niestabilność właściwości termoizolacyjnych pokryć.

Obniżenie temperatury otoczenia poza strefą termoneutralną powoduje odruchowy wzrost poziomu przemiany materii i produkcji ciepła do czasu zrównoważenia bilansu cieplnego organizmu w nowych warunkach. Z tego powodu temperatura ciała pozostaje niezmieniona.

Wzrost temperatury otoczenia poza strefą termoneutralną powoduje również wzrost poziomu przemiany materii, co spowodowane jest uruchomieniem mechanizmów aktywujących wydzielanie ciepła, które do swojej pracy wymagają dodatkowego zużycia energii. Tworzy to strefę fizycznej termoregulacji, podczas której temperatura również pozostaje stabilna. Po osiągnięciu pewnego progu mechanizmy wzmacniające wymianę ciepła okazują się nieskuteczne, zaczyna się przegrzewanie i ostatecznie śmierć organizmu.

Już w 1902 r. Rubner zaproponował rozróżnienie dwóch rodzajów tych mechanizmów - termoregulacji „chemicznej” i „fizycznej”. Pierwszy związany jest ze zmianą produkcji ciepła w tkankach (napięcie reakcje chemiczne wymiany), drugi charakteryzuje się przenoszeniem ciepła i redystrybucją ciepła. Wraz z krążeniem krwi, pocenie odgrywa ważną rolę w termoregulacji fizycznej, więc skóra pełni szczególną funkcję przekazywania ciepła - tutaj podgrzana krew w mięśniach lub w "rdzeniu" schładza się, tutaj realizowane są mechanizmy pocenia się i pocenia .

b W „normie” przewodnictwo cieplne można pominąć, ponieważ przewodność cieplna powietrza jest niska. Przewodność cieplna wody jest 20 razy większa, dlatego też przewodzenie ciepła przez przewodnictwo odgrywa znaczącą rolę i staje się istotnym czynnikiem hipotermii w przypadku mokrej odzieży, wilgotnych skarpet itp.

b Wydajniejsze przenoszenie ciepła przez konwekcję (tj. przemieszczanie cząstek gazu lub cieczy, mieszanie ich ogrzanych warstw z ochłodzonymi). V środowisko powietrza nawet w spoczynku konwekcyjne przenoszenie ciepła stanowi do 30% strat ciepła. Jeszcze bardziej wzrasta rola konwekcji na wietrze lub podczas ruchu człowieka.

b Przenoszenie ciepła przez promieniowanie z ogrzanego ciała do zimnego odbywa się zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna i jest proporcjonalne do różnicy 4 stopnia temperatury skóry (odzieży) i powierzchni otaczających przedmiotów . W ten sposób w warunkach „komfortu” osoba naga oddaje do 45% energii cieplnej, ale dla osoby ciepło ubranej utrata ciepła przez promieniowanie nie odgrywa szczególnej roli.

b Odparowanie wilgoci ze skóry i powierzchni płuc jest również skutecznym sposobem przekazywania ciepła (do 25%) w warunkach „komfortu”. W warunkach wysokiej temperatury otoczenia i intensywnej aktywności mięśniowej dominującą rolę odgrywa przenoszenie ciepła poprzez parowanie potu – 0,6 kcal energii jest odprowadzane z 1 gramem potu. Nietrudno obliczyć całkowitą ilość ciepła traconego wraz z potem, jeśli weźmiemy pod uwagę, że w warunkach intensywnej aktywności mięśniowej człowiek może oddać nawet 10 – 12 litrów płynów w ciągu ośmiogodzinnego dnia pracy. Na mrozie utrata ciepła z potem u dobrze ubranej osoby jest niewielka, ale i tutaj należy wziąć pod uwagę przenoszenie ciepła na skutek oddychania. W tym procesie łączą się jednocześnie dwa mechanizmy wymiany ciepła - konwekcja i parowanie. Utrata ciepła i płynów podczas oddychania jest dość znaczna, zwłaszcza przy intensywnej aktywności mięśniowej w warunkach niskiej wilgotności powietrza.

Istotnym czynnikiem wpływającym na procesy termoregulacji są reakcje naczynioruchowe (wazomotoryczne) skóry. Przy najbardziej wyraźnym zwężeniu łożyska naczyniowego utrata ciepła może zmniejszyć się o 70%, przy maksymalnym rozszerzeniu - wzrosnąć o 90%.

Różnice gatunkowe w termoregulacji chemicznej wyrażają się różnicą w poziomie głównego (w strefie termoneutralności) metabolizmu, pozycji i szerokości strefy termoneutralnej, intensywności termoregulacji chemicznej (wzrost metabolizmu wraz ze spadkiem temperatury medium o 1 "C), a także w zakresie efektywnego działania termoregulacji. Wszystkie te parametry odzwierciedlają specyfikę ekologiczną poszczególnych gatunków i zmieniają się adaptacyjnie w zależności od Lokalizacja geograficzna region, pora roku, wysokość i szereg innych czynników środowiskowych.

Reakcje regulacyjne mające na celu utrzymanie stałej temperatury ciała podczas przegrzania są reprezentowane przez różne mechanizmy poprawiające przenoszenie ciepła do środowiska zewnętrznego. Wśród nich szeroko zakrojony i wysoce wydajny jest transfer ciepła poprzez intensyfikację odparowywania wilgoci z powierzchni ciała i/lub górnych dróg oddechowych. Gdy wilgoć wyparuje, ciepło jest zużywane, co może pomóc w utrzymaniu równowagi cieplnej. Reakcja włącza się, gdy pojawiają się oznaki rozpoczynającego się przegrzewania organizmu.

Tak więc adaptacyjne zmiany wymiany ciepła w ludzkim ciele mogą mieć na celu nie tylko utrzymanie wysokiego poziomu metabolizmu, jak u większości ludzi, ale także ustawienie niskiego poziomu w warunkach zagrażających wyczerpaniu rezerw energii.

A. Życie ludzkie może toczyć się tylko w wąskim zakresie temperatur.

Temperatura ma istotny wpływ na przebieg procesów życiowych w organizmie człowieka i jego fizjologiczną aktywność. Procesy życiowe są ograniczone przez wąski zakres temperatur środowiska wewnętrznego, w którym mogą zachodzić główne reakcje enzymatyczne. Dla osoby spadek temperatury ciała poniżej 25 ° C i wzrost powyżej 43 ° C jest zwykle śmiertelny. Komórki nerwowe są szczególnie wrażliwe na zmiany temperatury.

Ciepło powoduje intensywne pocenie się, co prowadzi do odwodnienia organizmu, utraty soli mineralnych i witamin rozpuszczalnych w wodzie. Konsekwencją tych procesów jest zagęszczenie krwi, upośledzenie metabolizmu soli, wydzielanie żołądkowe oraz rozwój niedoboru witamin. Dopuszczalna utrata masy przez parowanie wynosi 2-3%. Przy 6% utracie wagi w wyniku parowania aktywność umysłowa jest osłabiona, a przy 15-20% utracie wagi następuje śmierć. Systematyczne działanie wysokiej temperatury powoduje zmiany w układzie sercowo-naczyniowym: przyspieszenie akcji serca, zmiany ciśnienia krwi, osłabienie wydolności funkcjonalnej serca. Długotrwałe narażenie na wysokie temperatury prowadzi do akumulacji ciepła w ciele, podczas gdy temperatura ciała może wzrosnąć do 38-41 ° C i może wystąpić udar cieplny z utratą przytomności.

Niskie temperatury mogą być przyczyną wychłodzenia i hipotermii organizmu. Wraz z chłodzeniem w ciele odruchowo zmniejsza się przenikanie ciepła, a produkcja ciepła wzrasta. Zmniejszenie wymiany ciepła następuje z powodu skurczu (zwężenia) naczyń krwionośnych, wzrostu oporu cieplnego tkanek ciała. Długotrwałe narażenie na niskie temperatury prowadzi do uporczywego skurczu naczyń, niedożywienia tkanek. Wzrost produkcji ciepła podczas chłodzenia osiąga się poprzez wysiłek oksydacyjnych procesów metabolicznych w organizmie (obniżeniu temperatury ciała o 1 ° C towarzyszy wzrost procesów metabolicznych o 10 ° C). Narażeniu na niskie temperatury towarzyszy wzrost ciśnienia krwi, objętości wdechowej i zmniejszenie częstości oddechów. Chłodzenie organizmu zmienia metabolizm węglowodanów. Dużemu ochłodzeniu towarzyszy spadek temperatury ciała, zahamowanie funkcji narządów i układów organizmu.

B. Jądro i zewnętrzna powłoka ciała.

Z punktu widzenia termoregulacji ciało ludzkie można przedstawić jako składające się z dwóch elementów - zewnętrznego powłoka i wewnętrzne jądra.

Rdzeń jest częścią ciała o stałej temperaturze (narządy wewnętrzne) oraz powłoka- część ciała, w której występuje gradient temperatury (są to tkanki warstwy powierzchniowej ciała o grubości 2,5 cm). Wymiana ciepła między rdzeniem a otoczeniem odbywa się poprzez powłokę, to znaczy zmiany w przewodności cieplnej powłoki decydują o niezmienności temperatury rdzenia. Przewodność cieplna zmienia się w wyniku zmian w ukrwieniu i wypełnieniu krwią tkanek błonowych.

Temperatura różnych części rdzenia jest różna. Na przykład w wątrobie: 37,8-38,0 ° C, w mózgu: 36,9-37,8 ° C. Ogólnie rzecz biorąc, temperatura wnętrza ludzkiego ciała wynosi 37,0°C. Osiąga się to poprzez procesy endogennej termoregulacji, których efektem jest stabilna równowaga pomiędzy ilością ciepła wytwarzanego w organizmie w jednostce czasu ( produkty cieplne) oraz ilość ciepła oddawanego przez organizm w tym samym czasie do otoczenia ( rozpraszanie ciepła).

Temperatura ludzkiej skóry w różnych obszarach waha się od 24,4 ° С do 34,4 ° С. Najniższą temperaturę obserwuje się w palcach, najwyższą pod pachą. Na podstawie pomiaru temperatury pod pachą zwykle ocenia się temperaturę ciała w danym momencie.

Według uśrednionych danych średnia temperatura skóry nagiej osoby w komfortowej temperaturze powietrza wynosi 33-34 ° C. Istnieją dzienne wahania temperatury ciała. Amplituda wibracji może osiągnąć 1 ° С. Temperatura ciała jest minimalna w godzinach przedrannych (3-4 godziny) i maksymalna w ciągu dnia (16-18 godzin).

Znane jest również zjawisko asymetrii temperatur. Obserwuje się to w około 54% przypadków, a temperatura pod lewą pachą jest nieco wyższa niż w prawej. Asymetria jest również możliwa w innych obszarach skóry, a nasilenie asymetrii powyżej 0,5 ° C wskazuje na patologię.

B. Wymiana ciepła. Bilans wytwarzania i wymiany ciepła w organizmie człowieka.

Procesom życiowym człowieka towarzyszy ciągła produkcja ciepła w jego ciele i uwalnianie wytworzonego ciepła do otoczenia. Wymiana energii cieplnej między ciałem a otoczeniem nazywana jest p wymiana ciepła. Produkcja ciepła i wymiana ciepła wynikają z działalności centrali system nerwowy regulujący metabolizm, krążenie krwi, pocenie się i aktywność mięśni szkieletowych.

Ciało ludzkie jest samoregulującym się systemem z wewnętrznym źródłem ciepła, w którym w normalnych warunkach produkcja ciepła (ilość wytworzonego ciepła) jest równa ilości ciepła przekazanego do środowiska zewnętrznego (przekaz ciepła). Nazywa się stałość temperatury ciała izotermiczny... Zapewnia niezależność procesów metabolicznych w tkankach i narządach od wahań temperatury otoczenia.

Temperatura wewnętrzna ciała człowieka jest stała (36,5-37°C) dzięki regulacji intensywności wytwarzania i wymiany ciepła w zależności od temperatury środowiska zewnętrznego. A temperatura ludzkiej skóry pod wpływem warunków zewnętrznych może się zmieniać w stosunkowo szerokim zakresie.

W ludzkim ciele w ciągu 1 godziny powstaje tyle ciepła, ile potrzeba do zagotowania 1 litra lodowatej wody. A gdyby ciało było niewrażliwe na ciepło, to za godzinę temperatura ciała wzrosłaby o około 1,5 ° C, a po 40 godzinach osiągnęłaby temperaturę wrzenia wody. Podczas ciężkiej pracy fizycznej wytwarzanie ciepła wzrasta kilkakrotnie. A jednak temperatura naszego ciała się nie zmienia. Czemu? Chodzi o zrównoważenie procesów powstawania i przenoszenia ciepła w ciele.

Wiodącym czynnikiem określającym poziom bilansu cieplnego jest temperatura otoczenia. Kiedy odbiega od komfortowej strefy w ciele, nowy poziom bilans cieplny, zapewniający izotermę w nowych warunkach środowiskowych. Ta stała temperatura ciała jest zapewniana przez mechanizm termoregulacja, w tym proces wytwarzania ciepła i proces wydzielania ciepła, które są regulowane przez szlak neuroendokrynny.

D. Pojęcie termoregulacji organizmu.

Termoregulacja- Jest to zespół procesów fizjologicznych mających na celu utrzymanie względnej stałości temperatury jądra ciała w warunkach zmian temperatury otoczenia za pomocą regulacji wytwarzania i wymiany ciepła. Termoregulacja ma na celu zapobieganie zaburzeniom równowagi termicznej organizmu lub przywracanie jej, jeśli takie zaburzenia już wystąpiły, i odbywa się w sposób neurohumoralny.

Powszechnie przyjmuje się, że termoregulacja jest charakterystyczna tylko dla zwierząt homeotermicznych (są to ssaki (w tym ludzie) i ptaki), których organizm ma zdolność do utrzymywania temperatury wewnętrznych obszarów ciała na względnie stałym i wystarczającym poziomie. wysoki poziom(ok. 37-38°C u ssaków i 40-42°C u ptaków) niezależnie od zmian temperatury otoczenia.

Mechanizm termoregulacji można przedstawić jako cybernetyczny, samorządny system ze sprzężeniem zwrotnym. Wahania temperatury w otaczającym powietrzu oddziałują na specjalne formacje receptorów ( termoreceptory), wrażliwe na zmiany temperatury. Termoreceptory przekazują informację o stanie termicznym narządu do ośrodków termoregulacji, z kolei do ośrodków termoregulacji poprzez włókna nerwowe, hormony i inne biologicznie substancje czynne zmienić poziom wymiany ciepła i produkcji ciepła lub części ciała (lokalna termoregulacja) lub całego ciała. Po wyłączeniu centrów termoregulacji ze specjalnym chemikalia organizm traci zdolność do utrzymywania stałej temperatury. W ostatnich latach ta cecha została wykorzystana w medycynie do sztucznego chłodzenia ciała podczas skomplikowanych operacji chirurgicznych na sercu.

Termoreceptory skórne.

Szacuje się, że ludzie mają około 150 000 receptorów zimna i 16 000 receptorów ciepła, które reagują na zmiany temperatury. narządy wewnętrzne... Termoreceptory zlokalizowane są w skórze, trzewiach, drogach oddechowych, mięśniach szkieletowych i ośrodkowym układzie nerwowym.

Termoreceptory skóry szybko się przystosowują i reagują nie tyle na samą temperaturę, ile na jej zmiany. Maksymalna liczba receptorów znajduje się w okolicy głowy i szyi, minimalna - na kończynach.

Receptory zimne są mniej wrażliwe, a ich próg czułości wynosi 0,012°C (po schłodzeniu). Próg wrażliwości receptorów ciepła jest wyższy i wynosi 0,007 °C. Wynika to prawdopodobnie z większego niebezpieczeństwa przegrzania organizmu.

D. Rodzaje termoregulacji.

Termoregulację można podzielić na dwa główne typy:

1. Termoregulacja fizyczna:

Parowanie (pocenie);

Promieniowanie (promieniowanie);

Konwekcja.

2. Termoregulacja chemiczna.

Termogeneza skurczowa;

Termogeneza bezskurczowa.

Termoregulacja fizyczna(proces usuwania ciepła z organizmu) – zapewnia utrzymanie stałej temperatury ciała poprzez zmianę wydzielania ciepła przez organizm poprzez przewodzenie przez skórę (przewodzenie i konwekcja), promieniowanie (promieniowanie) oraz odparowywanie wody. Powrót ciepła stale wytwarzanego w organizmie regulowany jest przez zmiany przewodnictwa cieplnego skóry, podskórnej warstwy tłuszczu i naskórka. Przenikanie ciepła jest w dużej mierze regulowane przez dynamikę krążenia krwi w tkankach przewodzących ciepło i termoizolacyjnych. Wraz ze wzrostem temperatury otoczenia parowanie zaczyna dominować w wymianie ciepła.

Przewodzenie, konwekcja i promieniowanie to pasywne ścieżki wymiany ciepła oparte na prawach fizyki. Są skuteczne tylko przy utrzymywaniu dodatniego gradientu temperatury. Im mniejsza różnica temperatur między ciałem a otoczeniem, tym mniej ciepła jest wydzielane. Przy tych samych wskaźnikach lub w wysokiej temperaturze otoczenia ścieżki te są nie tylko nieskuteczne, ale jednocześnie nagrzewa się również ciało. W tych warunkach w organizmie uruchamia się tylko jeden mechanizm wymiany ciepła - pocenie się.

W niskich temperaturach otoczenia (15°C i niższych) około 90% dziennego transferu ciepła następuje z powodu przewodzenia ciepła i promieniowania cieplnego. W tych warunkach nie występuje widoczne pocenie się. Przy temperaturze powietrza 18-22 ° C zmniejsza się przenikanie ciepła spowodowane przewodnością cieplną i promieniowaniem cieplnym, ale utrata ciepła przez organizm wzrasta przez odparowanie wilgoci z powierzchni skóry. Gdy temperatura otoczenia wzrasta do 35°C, przenoszenie ciepła na drodze promieniowania i konwekcji staje się niemożliwe, a temperatura ciała utrzymywana na stałym poziomie wyłącznie dzięki odparowaniu wody z powierzchni skóry i pęcherzyków płucnych. Przy dużej wilgotności powietrza, gdy parowanie wody jest utrudnione, może dojść do przegrzania organizmu i do wystąpienia udaru cieplnego.

U osoby w spoczynku przy temperaturze powietrza około 20°C i całkowitym transferze ciepła równym 419 kJ (100 kcal) na godzinę, 66% jest tracone za pomocą promieniowania, parowania wody - 19%, konwekcji - 15% z całkowita utrata ciepło przez ciało.

Termoregulacja chemiczna(proces zapewniający powstawanie ciepła w organizmie) - realizowany jest poprzez przemianę materii i produkcję ciepła w takich tkankach jak mięśnie, wątroba, tłuszcz brunatny, czyli poprzez zmianę poziomu wytwarzania ciepła - poprzez zwiększenie lub osłabienie intensywności metabolizmu w komórkach organizmu. Podczas utleniania materia organiczna energia jest uwalniana. Część energii trafia do Synteza ATP(trójfosforan adenozyny to nukleotyd pełniący niezwykle ważną rolę w metabolizmie energii i substancji w organizmie). Ta energia potencjalna może być wykorzystana przez organizm w dalszej jego działalności. Wszystkie tkanki są źródłem ciepła w ciele. Krew przepływa przez tkanki i nagrzewa się. Wzrost temperatury otoczenia powoduje odruchowy spadek metabolizmu, w wyniku czego zmniejsza się produkcja ciepła w organizmie. Wraz ze spadkiem temperatury otoczenia odruchowo wzrasta intensywność procesów metabolicznych i wzrasta wytwarzanie ciepła.

Włączenie termoregulacji chemicznej występuje, gdy termoregulacja fizyczna jest niewystarczająca do utrzymania stałej temperatury ciała.

Rozważmy te rodzaje termoregulacji.

Termoregulacja fizyczna:

Pod termoregulacja fizyczna zrozumieć całość procesów fizjologicznych prowadzących do zmiany poziomu wymiany ciepła. Istnieją następujące sposoby przekazywania ciepła z organizmu do otoczenia:

Parowanie (pocenie);

Promieniowanie (promieniowanie);

Przewodzenie ciepła (przewodnictwo);

Konwekcja.

Rozważmy je bardziej szczegółowo:

1. Parowanie (poty):

Parowanie (pot) to uwalnianie energii cieplnej do otoczenia w wyniku parowania potu lub wilgoci z powierzchni skóry i błon śluzowych dróg oddechowych. U ludzi pot jest stale wydalany przez gruczoły potowe skóry („wyczuwalny” lub gruczołowy, utrata wody), nawilżenie błon śluzowych dróg oddechowych („niezauważalna” utrata wody). Jednocześnie „namacalna” utrata wody przez organizm ma większy wpływ na całkowitą ilość ciepła wydzielanego przez parowanie niż „niezauważalne”.

W temperaturze otoczenia około 20°C parowanie wilgoci wynosi około 36 g/h. Ponieważ człowiek zużywa 0,58 kcal energii cieplnej na odparowanie 1 g wody, łatwo obliczyć, że poprzez parowanie organizm dorosłego oddaje do otoczenia około 20% całego rozproszonego ciepła w tych warunkach. Wzrost temperatury zewnętrznej, wykonywanie pracy fizycznej, dłuższy pobyt w odzieży termoizolacyjnej zwiększają pocenie się i może wzrosnąć do 500-2000 g/h.

Osoba nie toleruje stosunkowo niskiej temperatury otoczenia (32°C) w wilgotnym powietrzu. W całkowicie suchym powietrzu osoba może przebywać bez zauważalnego przegrzania przez 2-3 godziny w temperaturze 50-55 ° C. Źle tolerowane są również ubrania nieprzepuszczające powietrza (gumowe, gęste itp.), które uniemożliwiają parowanie potu: warstwa powietrza między ubraniem a ciałem szybko ulega nasyceniu oparami i dalsze parowanie potu ustaje.

Proces przekazywania ciepła za pomocą parowania, mimo że jest tylko jedną z metod termoregulacji, ma jedną wyjątkową zaletę - jeśli temperatura zewnętrzna przekracza średnią temperaturę skóry, to organizm nie może oddać ciepła do środowiska zewnętrznego innymi metodami termoregulacji (promieniowanie, konwekcja i przewodzenie), które omówimy poniżej. W tych warunkach organizm zaczyna pobierać ciepło z zewnątrz, a jedynym sposobem na rozproszenie ciepła jest zwiększenie parowania wilgoci z powierzchni ciała. Takie parowanie jest możliwe, o ile wilgotność powietrza otoczenia pozostaje poniżej 100%. Przy intensywnym poceniu się, dużej wilgotności i niskiej prędkości powietrza, gdy krople potu, nie mając czasu na odparowanie, zleją się i spłyną z powierzchni ciała, przenoszenie ciepła przez parowanie staje się mniej efektywne.

Kiedy pot odparowuje, nasz organizm traci energię. Właściwie dzięki energii naszego ciała cząsteczki cieczy (tj. pot) rozrywają wiązania molekularne i przechodzą ze stanu ciekłego w gazowy. Energia zużywana jest na zerwanie wiązań, w wyniku czego temperatura ciała spada. Lodówka działa w ten sam sposób. Udaje mu się utrzymać temperaturę wewnątrz komory znacznie niższą od temperatury otoczenia. Robi to dzięki zużytej energii elektrycznej. A robimy to wykorzystując energię uzyskaną z rozpadu żywności.

Kontrolowanie doboru odzieży może pomóc w ograniczeniu utraty ciepła w wyniku parowania. Ubrania należy dobierać na podstawie warunków pogodowych i bieżącej aktywności. Nie bądź leniwy, aby zdjąć nadmiar ubrań, gdy obciążenie rośnie. Mniej się pocisz. I nie bądź leniwy, aby założyć go z powrotem, gdy obciążenia się zatrzymają. Usuń wilgoć i ochronę przed wiatrem, jeśli nie pada z wiatrem, w przeciwnym razie Twoje ubrania zamoczą się od wewnątrz od potu. A w kontakcie z mokrymi ubraniami tracimy również ciepło przez przewodnictwo cieplne. Woda przewodzi ciepło 25 razy lepiej niż powietrze. Oznacza to, że w mokrych ubraniach tracimy ciepło 25 razy szybciej. Dlatego ważne jest, aby ubranie było suche.

Parowanie dzieli się na 2 typy:

a) Niewyczuwalny pot(bez udziału gruczołów potowych) to odparowywanie wody z powierzchni płuc, błon śluzowych dróg oddechowych oraz przesiąkanie wody przez nabłonek skóry (odparowywanie z powierzchni skóry następuje nawet wtedy, gdy skóra jest sucha ).

Dziennie przez drogi oddechowe odparowuje do 400 ml wody, tj. organizm traci do 232 kcal dziennie. W razie potrzeby wartość tę można zwiększyć z powodu duszności termicznej. Średnio dziennie przez naskórek przesiąka około 240 ml wody. Dlatego w ten sposób organizm traci do 139 kcal dziennie. Wartość ta z reguły nie zależy od procesów regulacyjnych i różnych czynników środowiskowych.

b) Spostrzegana potliwość(w aktywny udział gruczoły potowe) - jest to wydzielanie ciepła poprzez parowanie potu. Przeciętnie dziennie w komfortowej temperaturze otoczenia wydziela się 400-500 ml potu, dzięki czemu wydzielane jest do 300 kcal energii. Parowanie 1 litra potu u osoby ważącej 75 kg może obniżyć temperaturę ciała o 10°C. Jednak w razie potrzeby objętość pocenia się może wzrosnąć do 12 litrów dziennie, tj. poprzez pocenie się można stracić do 7000 kcal dziennie.

Wydajność parowania w dużej mierze zależy od środowiska: im wyższa temperatura i im niższa wilgotność, tym wyższa efektywność pocenia się jako mechanizmu wymiany ciepła. Parowanie nie jest możliwe przy 100% wilgotności. Przy wysokiej wilgotności powietrza wysokie temperatury są trudniej tolerowane niż przy niskiej wilgotności. W powietrzu nasyconym parą wodną (np. w wannie) pot wydziela się w dużych ilościach, ale nie paruje i nie spływa ze skóry. Takie pocenie się nie przyczynia się do wydzielania ciepła: tylko ta część potu, która odparowuje z powierzchni skóry jest ważna dla wymiany ciepła (ta część potu stanowi efektywne pocenie).

2. Promieniowanie (promieniowanie):

Promieniowanie (promieniowanie) to metoda przekazywania ciepła do otoczenia przez powierzchnię ludzkiego ciała w postaci fal elektromagnetycznych w zakresie podczerwieni (a = 5-20 mikronów). Wszystkie obiekty, których temperatura jest powyżej zera bezwzględnego, wydzielają energię w wyniku promieniowania. Promieniowanie elektromagnetyczne swobodnie przechodzi przez próżnię, powietrze atmosferyczne można również uznać za „przezroczyste”.

Jak wiecie, każdy obiekt, który jest nagrzany powyżej temperatury otoczenia, emituje ciepło. Wszyscy czuli to siedząc przy ogniu. Ognisko emituje ciepło i nagrzewa przedmioty wokół siebie. W takim przypadku ogień traci ciepło.

Ciało ludzkie zaczyna promieniować ciepłem, gdy tylko temperatura otoczenia spadnie poniżej temperatury powierzchni skóry. Aby zapobiec utracie ciepła przez promieniowanie, należy chronić odsłonięte części ciała. Odbywa się to za pomocą odzieży. W ten sposób tworzymy w ubraniach warstwę powietrza między skórą a otoczeniem. Temperatura tej warstwy będzie równa temperaturze ciała, a utrata ciepła przez promieniowanie zmniejszy się. Dlaczego utrata ciepła nie ustaje całkowicie? Ponieważ teraz podgrzane ubrania będą promieniować ciepłem, tracąc je. I nawet zakładając jeszcze jedną warstwę odzieży, nie zatrzymasz promieniowania.

Ilość ciepła oddawana przez ciało do otoczenia przez promieniowanie jest proporcjonalna do powierzchni promieniowania (powierzchni ciała nie zakrytej ubraniem) oraz różnicy średnich temperatur skóry i środowisko. W temperaturze otoczenia 20 ° C i wilgotności względnej 40-60%, ciało dorosłego rozprasza promieniowanie około 40-50% całkowitego wydzielanego ciepła. Jeśli temperatura otoczenia przekracza średnią temperaturę skóry, ciało ludzkie, pochłaniając promienie podczerwone emitowane przez otaczające przedmioty, nagrzewa się.

Przenikanie ciepła przez promieniowanie wzrasta wraz ze spadkiem temperatury otoczenia i maleje wraz ze wzrostem temperatury. W warunkach stałej temperatury otoczenia promieniowanie z powierzchni ciała wzrasta wraz ze wzrostem temperatury skóry i maleje wraz ze spadkiem temperatury skóry. Jeżeli średnie temperatury powierzchni skóry i otoczenia wyrównają się (różnica temperatur staje się równa zeru), to oddawanie ciepła przez promieniowanie staje się niemożliwe.

Możliwe jest ograniczenie wymiany ciepła przez promieniowanie poprzez zmniejszenie powierzchni promieniowania - zmiana pozycji ciała... Na przykład, gdy pies lub kot jest zimny, zwijają się w kłębek, zmniejszając w ten sposób powierzchnię wymiany ciepła; przeciwnie, gdy jest gorąco, zwierzęta przyjmują pozycję, w której powierzchnia wymiany ciepła jest zmaksymalizowana. Człowiek nie jest pozbawiony tej metody termoregulacji fizycznej, „zwijania się w kłębek” podczas snu w chłodnym pomieszczeniu.

3. Przewodzenie ciepła (przewodnictwo):

Przewodzenie ciepła (przewodnictwo)- jest to sposób przekazywania ciepła, który następuje przy kontakcie, kontakcie ciała ludzkiego z innymi ciała fizyczne... Ilość ciepła oddawana przez ciało do otoczenia tą metodą jest proporcjonalna do różnicy średnich temperatur stykających się ciał, powierzchni stykających się powierzchni, czasu kontaktu termicznego i przewodności cieplnej styku ciało.

Utrata ciepła przez przewodnictwo cieplne występuje, gdy następuje bezpośredni kontakt z zimnym przedmiotem. W tym momencie nasze ciało oddaje ciepło. Szybkość utraty ciepła jest silnie zależna od przewodności cieplnej obiektu, z którym się stykamy. Na przykład przewodność cieplna kamienia jest 10 razy wyższa niż drewna. Dlatego siedząc na kamieniu znacznie szybciej stracimy ciepło. Zapewne zauważyłeś, że siedzenie na kamieniu jest w jakiś sposób zimniejsze niż siedzenie na kłodzie.

Rozwiązanie? Odizoluj swoje ciało od zimnych przedmiotów za pomocą słabych przewodników ciepła. Mówiąc najprościej, na przykład, jeśli podróżujesz po górach, zadowoliłeś się postójem, usiądź na turystycznym dywaniku lub rulonie ubrań. Pamiętaj, aby w nocy umieścić pod śpiworem matę podróżną odpowiednią do pogody. Lub w ostateczności gruba warstwa suchej trawy lub igieł. Ziemia dobrze przewodzi (a zatem „zabiera”) ciepło i bardzo się ochładza w nocy. Zimą nie dotykaj metalowych przedmiotów gołymi rękami. Używaj rękawic. V bardzo zimno lokalne odmrożenia można uzyskać z metalowych przedmiotów.

Suche powietrze, tkanka tłuszczowa charakteryzują się niską przewodnością cieplną i są izolatorami ciepła (słabymi przewodnikami ciepła). Odzież ogranicza przenoszenie ciepła. Utracie ciepła zapobiega warstwa nieruchomego powietrza znajdująca się między ubraniem a skórą. Właściwości termoizolacyjne odzieży są tym wyższe, im drobniejsza jest komórkowa jej struktura, w której znajduje się powietrze. Wyjaśnia to dobre właściwości termoizolacyjne odzieży wełnianej i futrzanej, które umożliwiają organizmowi ludzkiemu zmniejszenie rozpraszania ciepła poprzez przewodnictwo cieplne. Temperatura powietrza pod ubraniem sięga 30°C. I odwrotnie, nagie ciało traci ciepło, ponieważ powietrze na jego powierzchni stale się zmienia. Dlatego temperatura skóry odsłoniętych części ciała jest znacznie niższa niż części ubranych.

Wilgotne powietrze nasycone parą wodną charakteryzuje się wysoką przewodnością cieplną. Dlatego przebywaniu człowieka w środowisku o dużej wilgotności i niskiej temperaturze towarzyszy zwiększona utrata ciepła w organizmie. Mokra odzież również traci swoje właściwości termoizolacyjne.

4. Konwekcja:

Konwekcja- Jest to metoda przekazywania ciepła z organizmu, realizowana poprzez oddawanie ciepła przez poruszające się cząsteczki powietrza (wody). Do odprowadzania ciepła przez konwekcję wymagany jest przepływ powietrza wokół powierzchni ciała o temperaturze niższej niż temperatura skóry. Jednocześnie warstwa powietrza stykająca się ze skórą nagrzewa się, zmniejsza jej gęstość, unosi się i zostaje zastąpiona przez zimniejsze i gęstsze powietrze. W warunkach, gdy temperatura powietrza wynosi 20°C, a wilgotność względna 40-60%, ciało osoby dorosłej oddaje około 25-30% ciepła do otoczenia poprzez przewodzenie ciepła i konwekcję (konwekcja podstawowa). Wraz ze wzrostem prędkości ruchu przepływów powietrza (wiatr, wentylacja) znacznie wzrasta również intensywność wymiany ciepła (konwekcja wymuszona).

Istota procesu konwekcji jest następująca- nasze ciało ogrzewa powietrze przy skórze; ogrzane powietrze staje się lżejsze od zimnego i unosi się, a zostaje zastąpione przez zimne powietrze, które ponownie się nagrzewa, staje się lżejsze i zostaje wyparte przez następną porcję zimnego powietrza. Jeśli ogrzane powietrze nie zostanie wychwycone przez ubranie, proces ten będzie nieskończony. W rzeczywistości to nie ubrania nas ogrzewają, ale powietrze, które zatrzymuje.

Kiedy wieje wiatr, sytuacja się pogarsza. Wiatr niesie ogromne porcje nieogrzanego powietrza. Nawet gdy mamy na sobie ciepły sweter, wiatr nic nie kosztuje, aby wydmuchać z niego ciepłe powietrze. To samo dzieje się, gdy się poruszamy. Nasze ciało „rozbija się” w powietrzu i opływa nas, działając jak wiatr. To również zwielokrotnia straty ciepła.

Jakie rozwiązanie? Załóż wiatrochron: wiatrówkę i wiatroszczelne spodnie. Nie zapomnij o ochronie szyi i głowy. Ze względu na aktywne krążenie krwi w mózgu szyja i głowa są najbardziej nagrzewanymi częściami ciała, więc utrata ciepła z nich jest bardzo duża. Również w chłodne dni należy unikać przewietrzonych miejsc zarówno podczas jazdy, jak i wyboru miejsca do spania.

Termoregulacja chemiczna:

Termoregulacja chemiczna wytwarzanie ciepła odbywa się na skutek zmian poziomu przemiany materii (procesów oksydacyjnych) wywołanych mikrodrganiami mięśni (wibracjami), co prowadzi do zmiany tworzenia się ciepła w organizmie.

Źródłem ciepła w organizmie są egzotermiczne reakcje utleniania białek, tłuszczów, węglowodanów, a także hydroliza ATP (adenozynotrójfosforanu to nukleotyd pełniący niezwykle ważną rolę w metabolizmie energii i substancji w organizmie; po pierwsze w sumie związek ten jest znany jako uniwersalne źródło energii dla wszystkich procesów biochemicznych zachodzących w organizmach żywych). Podczas rozkładu składników odżywczych część uwolnionej energii jest gromadzona w ATP, część jest rozpraszana w postaci ciepła (ciepło pierwotne stanowi 65-70% energii). W przypadku korzystania z połączeń wysokoenergetycznych Cząsteczki ATP część energii idzie do spełnienia użyteczna praca, a część jest rozpraszana (ciepło wtórne). Zatem dwa strumienie ciepła - pierwotny i wtórny - są produktami ciepła.

Termoregulacja chemiczna jest niezbędna do utrzymania stałej temperatury ciała zarówno w normalnych warunkach, jak i przy zmianach temperatury otoczenia. U ludzi obserwuje się wzrost wytwarzania ciepła z powodu wzrostu tempa metabolizmu, w szczególności, gdy temperatura otoczenia spada poniżej temperatury optymalnej, czyli strefy komfortu. Dla osoby w zwykłych lekkich ubraniach strefa ta mieści się w zakresie 18-20 ° С, a dla osoby nagiej jest to 28 ° С.

Optymalna temperatura w wodzie jest wyższa niż w powietrzu. Wynika to z faktu, że woda, która ma dużą pojemność cieplną i przewodność cieplną, schładza organizm 14 razy bardziej niż powietrze, dlatego w chłodnej kąpieli metabolizm znacznie wzrasta znacznie bardziej niż przy ekspozycji na powietrze o tej samej temperaturze.

Najintensywniejsze wytwarzanie ciepła w organizmie następuje w mięśniach. Nawet jeśli dana osoba leży nieruchomo, ale z napiętymi mięśniami, intensywność procesów oksydacyjnych, a tym samym wytwarzanie ciepła, wzrasta o 10%. Niewielka aktywność fizyczna prowadzi do wzrostu produkcji ciepła o 50-80%, a ciężka praca mięśni o 400-500%.

Ważną rolę w termoregulacji chemicznej odgrywają również wątroba i nerki. Temperatura krwi żyły wątrobowej jest wyższa niż temperatura krwi tętnicy wątrobowej, co wskazuje na intensywne wytwarzanie ciepła w tym narządzie. Kiedy ciało się ochładza, wzrasta produkcja ciepła w wątrobie.

W przypadku konieczności zwiększenia produkcji ciepła, oprócz możliwości pozyskania ciepła z zewnątrz, organizm wykorzystuje mechanizmy zwiększające produkcję energii cieplnej. Takie mechanizmy obejmują skurczony oraz termogeneza bezskurczowa.

1. Termogeneza skurczowa.

Ten rodzaj termoregulacji działa, gdy jest nam zimno i potrzebujemy podnieść temperaturę ciała. Ta metoda polega na: skurcz mięśnia... Wraz ze skurczem mięśni wzrasta hydroliza ATP, w związku z czym zwiększa się przepływ ciepła wtórnego na rozgrzanie organizmu.

Dobrowolna aktywność aparatu mięśniowego zachodzi głównie pod wpływem kory mózgowej. Jednocześnie możliwy jest 3-5-krotny wzrost produkcji ciepła w porównaniu z wartością podstawowego metabolizmu.

Zwykle, gdy temperatura otoczenia i temperatura krwi spada, pierwszą reakcją jest: wzrost napięcia termoregulacyjnego(owłosienie „staje na głowie”, pojawia się „gęsia skórka”). Z punktu widzenia mechaniki skurczu ton ten jest mikrowibracją i pozwala na zwiększenie produkcji ciepła o 25-40% od poziomu wyjściowego. Zwykle w tworzeniu tonu biorą udział mięśnie szyi, głowy, tułowia i kończyn.

Przy bardziej znaczącej hipotermii ton termoregulacyjny zamienia się w specjalny rodzaj skurczu mięśni - zimny dreszcz mięśni w której mięśnie nie wykonują pożytecznej pracy, a ich skurcz ma na celu wyłącznie wytwarzanie ciepła. Zimny dreszcz to mimowolna rytmiczna aktywność powierzchownie położonych mięśni, w wyniku której znacznie zwiększają się procesy metaboliczne organizmu, zużycie tlenu i wzrost węglowodanów przez tkankę mięśniową, co pociąga za sobą zwiększone wytwarzanie ciepła. Drżenie często zaczyna się w mięśniach szyi i twarzy. Wynika to z tego, że przede wszystkim powinna wzrosnąć temperatura krwi płynącej do mózgu. Uważa się, że produkcja ciepła podczas drżenia z zimna jest 2-3 razy większa niż podczas dobrowolnej aktywności mięśni.

Opisany mechanizm działa na poziomie odruchowym, bez udziału naszej świadomości. Ale możesz również podnieść temperaturę ciała za pomocą świadoma aktywność ruchowa... Podczas wykonywania aktywności fizycznej o różnej mocy produkcja ciepła wzrasta 5-15 razy w porównaniu z poziomem odpoczynku. W ciągu pierwszych 15-30 minut długotrwałej pracy temperatura rdzenia rośnie dość szybko do względnie stacjonarnego poziomu, a następnie utrzymuje się na tym poziomie lub nadal rośnie powoli.

2. Termogeneza nieskurczowa:

Ten rodzaj termoregulacji może prowadzić zarówno do wzrostu, jak i obniżenia temperatury ciała. Odbywa się poprzez przyspieszenie lub spowolnienie katabolicznych procesów metabolicznych (utlenianie Kwasy tłuszczowe). A to z kolei doprowadzi do zmniejszenia lub zwiększenia produkcji ciepła. Dzięki temu rodzajowi termogenezy poziom produkcji ciepła u ludzi może wzrosnąć 3 razy w porównaniu z poziomem podstawowej przemiany materii.

Regulacja procesów termogenezy bezskurczowej odbywa się poprzez aktywację współczulnego układu nerwowego, produkcję hormonów tarczycy i rdzenia nadnerczy.

E. Zarządzanie termoregulacją.

Podwzgórze.

System termoregulacji składa się z wielu elementów o powiązanych ze sobą funkcjach. Informacje o temperaturze pochodzą z termoreceptorów i docierają do mózgu za pomocą układu nerwowego.

Główną rolę w termoregulacji odgrywa podwzgórze... Mieści się w nim główne ośrodki termoregulacji, które koordynują liczne i złożone procesy zapewniające utrzymanie temperatury ciała na stałym poziomie.

Podwzgórze to mały obszar międzymózgowia, który obejmuje duża liczba grupy komórek (ponad 30 jąder), które regulują aktywność neuroendokrynną mózgu i homeostazę (zdolność do utrzymania stałości jego stan wewnętrzny) organizmu. Podwzgórze jest połączone szlakami nerwowymi z prawie wszystkimi częściami ośrodkowego układu nerwowego, w tym z korą, hipokampem, ciałem migdałowatym, móżdżkiem, pniem mózgu i rdzeniem kręgowym. Wraz z przysadką mózgową podwzgórze tworzy układ podwzgórzowo-przysadkowy, w którym podwzgórze kontroluje uwalnianie hormonów przysadkowych i jest centralnym ogniwem między układem nerwowym i hormonalnym. Wydziela hormony i neuropeptydy oraz reguluje funkcje takie jak głód i pragnienie, termoregulacja organizmu, zachowania seksualne, sen i czuwanie (rytm dobowy). Badania ostatnie lata pokazują, że podwzgórze odgrywa ważną rolę w regulacji wyższych funkcji, takich jak pamięć i stan emocjonalny, a tym samym uczestniczy w kształtowaniu różnych aspektów zachowania.

Zniszczenie centrów podwzgórza lub przerwanie połączeń nerwowych prowadzi do utraty zdolności do regulacji temperatury ciała.

Przedni podwzgórze zawiera neurony, które kontrolują procesy wymiany ciepła.(zapewniają termoregulację fizyczną - zwężenie naczyń, pocenie się) Gdy neurony przedniego podwzgórza ulegają zniszczeniu, organizm nie toleruje wysokich temperatur, ale aktywność fizjologiczna pozostaje w warunkach chłodu.

Neurony tylnego podwzgórza kontrolują procesy wytwarzania ciepła(zapewniają termoregulację chemiczną – wzmożona produkcja ciepła, drżenie mięśni) Gdy są uszkodzone, zdolność do wzmożonej wymiany energii jest osłabiona, przez co organizm nie toleruje dobrze zimna.

Termoczułe komórki nerwowe obszaru przedwzrokowego podwzgórza bezpośrednio „mierzą” temperaturę krwi tętniczej przepływającej przez mózg i są bardzo wrażliwe na zmiany temperatury (potrafią odróżnić różnicę temperatury krwi wynoszącą 0,011°C). Stosunek neuronów wrażliwych na zimno i ciepło w podwzgórzu wynosi 1:6, więc termoreceptory ośrodkowe są aktywowane głównie, gdy wzrasta temperatura „jądra” ludzkiego ciała.

Na podstawie analizy i integracji informacji o temperaturze krwi i tkanek obwodowych wyznacza się w sposób ciągły średnią (całkową) wartość temperatury ciała w obszarze przedwzrokowym podwzgórza. Dane te są przekazywane przez neurony interkalarne do grupy neuronów w przednim podwzgórzu, które ustalają pewien poziom temperatury ciała w ciele - „punkt odniesienia” dla termoregulacji. Na podstawie analizy i porównania średniej temperatury ciała i docelowej wartości temperatury, która ma być regulowana, mechanizmy „wartości zadanej” poprzez neurony efektorowe tylnego podwzgórza oddziałują na procesy wymiany ciepła lub wytwarzania ciepła w celu doprowadzenia rzeczywista i docelowa temperatura w linii.

Tym samym dzięki funkcji ośrodka termoregulacji ustalana jest równowaga pomiędzy wytwarzaniem i przenoszeniem ciepła, co pozwala na utrzymanie temperatury ciała w granicach optymalnych dla życiowej aktywności organizmu.

Układ hormonalny.

Podwzgórze kontroluje procesy wytwarzania i przekazywania ciepła, wysyłając impulsy nerwowe do gruczołów dokrewnych, głównie tarczycy i nadnerczy.

Udział Tarczyca w termoregulacji wynika z faktu, że działanie niskiej temperatury prowadzi do zwiększonego uwalniania jej hormonów (tyroksyny, trójjodotyroniny), które przyspieszają metabolizm, a w konsekwencji wytwarzanie ciepła.

Rola nadnercza związane z uwalnianiem do krwiobiegu katecholamin (adrenaliny, noradrenaliny, dopaminy), które poprzez nasilanie lub zmniejszanie procesów oksydacyjnych w tkankach (np. mięśniach) zwiększają lub zmniejszają produkcję ciepła oraz zwężają lub powiększają naczynia skóry, zmieniając poziom wymiana ciepła.

Termoregulacja związana jest z mechanizmami regulacji poziomu wytwarzania ciepła (regulacja chemiczna) i wymiany ciepła (regulacja fizyczna). Równowaga produkcji i wymiany ciepła jest kontrolowana przez podwzgórze, które integruje sensoryczne, autonomiczne, emocjonalne i motoryczne komponenty zachowań adaptacyjnych.

Percepcja temperatury jest realizowana przez formacje receptorowe powierzchni ciała (receptory skórne) i receptory głębokiej temperatury w drogach oddechowych, naczyniach krwionośnych, narządach wewnętrznych, w międzymięśniowych splotach nerwowych przewodu pokarmowego. Impulsy z tych receptorów wędrują wzdłuż doprowadzających nerwów do centrum termoregulacji w podwzgórzu. Aktywuje różne mechanizmy, które zapewniają wytwarzanie lub przenoszenie ciepła. Mechanizm sprzężenia zwrotnego obejmujący układ nerwowy i przepływ krwi zmienia czułość receptorów temperatury (ryc. 15.4, 15.5). Formacje termoczułe znajdują się również w różne obszary OUN - w korze ruchowej, w podwzgórzu, w pniu mózgu (tworzenie siateczkowate, rdzeń przedłużony) i rdzeniu kręgowym.

W podwzgórzu, zwanym czasem „termostatem ciała”, znajduje się nie tylko ośrodek integrujący różne impulsy czuciowe związane z informacją o cieple

Ryż. 15.4.

nowa równowaga organizmu, ale także centrum regulacji reakcji motorycznych, które kontrolują zmiany temperatury. Po dysfunkcji podwzgórza traci się zdolność do regulacji temperatury ciała.

Przedni podwzgórze kontroluje regulację przepływu ciepła, aby zapobiec przegrzaniu – jego neurony są wrażliwe na temperaturę przepływającej krwi. Jeśli praca tego ośrodka zostanie zakłócona, w zimnym środowisku zachowana jest kontrola nad temperaturą ciała, ale w upale jest nieobecna i temperatura ciała znacznie wzrasta.

Kolejny ośrodek termoregulacji, zlokalizowany w tylnym podwzgórzu, kontroluje ilość wytwarzanego ciepła

Ryż. 15.5. Udział układu nerwowego w termoregulacji i tym samym zapobiega nadmiernemu wychłodzeniu. Zakłócenie pracy tego ośrodka zmniejsza zdolność do zwiększania metabolizmu energetycznego w zimnym środowisku, a temperatura ciała spada.

Przenoszenie ciepła z wewnętrznych obszarów ciała do kończyn w wyniku zmian objętości przepływu krwi jest ważnym środkiem regulującym przenoszenie ciepła poprzez reakcje naczynioruchowe. Kończyny wytrzymują znacznie szerszy zakres temperatur niż wewnętrzne obszary ciała i tworzą doskonałe „otwory wentylacyjne” temperaturowe, tj. miejsca, które mogą tracić więcej lub mniej ciepła, w zależności od napływu ciepła z wnętrza ciała przez krwioobieg.

Termoregulacja jest związana ze współczulnym układem nerwowym (patrz Rysunek 15.5). Reguluje napięcie naczyniowe; w rezultacie zmienia się przepływ krwi do skóry (patrz rozdz. 4). Rozszerzeniu naczyń podskórnych towarzyszy spowolnienie przepływu krwi w nich i wzrost wymiany ciepła (ryc. 15.6). W ekstremalnym upale przepływ krwi do skóry kończyn dramatycznie wzrasta, a nadmiar ciepła jest rozpraszany. Bliskość żył do powierzchni skóry zwiększa chłodzenie krwi, która powraca do wnętrza organizmu.

Po schłodzeniu naczynia zwężają się, zmniejsza się przepływ krwi na obwód. U człowieka, gdy krew przepływa przez duże naczynia rąk i joginów, jej temperatura spada. Schłodzona krew żylna, wracająca do organizmu przez naczynia znajdujące się w pobliżu tętnic, wychwytuje dużą

Ryż. 15.6. Reakcja powierzchownych naczyń skóry na zimno - zwężenie (a) a ciepło - ekspansja (b)

proporcja ciepła wydzielanego przez krew tętniczą. Taki system nazywa się przeciwprądowa wymiana ciepła. Sprzyja oddawaniu do wnętrza ciała dużej ilości ciepła po przejściu krwi przez kończyny. Ogólnym efektem takiego systemu jest zmniejszenie wymiany ciepła. Przy temperaturach powietrza zbliżonych do zera taki system nie jest korzystny, ponieważ w wyniku intensywnej wymiany ciepła między krwią tętniczą i żylną temperatura palców rąk i nóg może znacznie spaść, co może powodować odmrożenia.

Głównym źródłem produkcji ciepła są skurcze mięśni, które są pod dobrowolną kontrolą. Innym rodzajem zwiększonej produkcji ciepła w organizmie mogą być drżenie mięśni – reakcja na zimno. Niewielki ruch mięśni podczas wstrząsów zwiększa efektywność wytwarzania ciepła. Przy drżeniach zginacze i prostowniki kończyn oraz mięśnie żucia kurczą się rytmicznie i jednocześnie z dużą częstotliwością. Częstotliwość i siła skurczu mogą się różnić. Drżenia są generowane tylko wtedy, gdy określone mięśnie nie są zaangażowane w inny rodzaj aktywności. Można to przezwyciężyć poprzez dobrowolną pracę mięśni. Ruch dowolny, taki jak chodzenie, wiąże się ze skurczem mięśni, który przezwycięża drżenie. Zarówno drżeniu, jak i chodzeniu towarzyszy powstawanie ciepła. Neurony tylnego podwzgórza wpływają na częstotliwość i siłę skurczów mięśni podczas drżenia. Ośrodek ten otrzymuje impulsy z ośrodka termoregulacji w przednim podwzgórzu oraz z receptorów mięśniowych. Impulsy z mózgu docierają do wszystkich poziomów rdzenia kręgowego, gdzie generowane są rytmiczne sygnały powodujące drżenie mięśni.

Oprócz, energia cieplna powstaje w wyniku rozpadu tłuszczu zgromadzonego w tkance tłuszczowej. Najskuteczniejszy pod tym względem jest brązowy tłuszcz znajdujący się u noworodków między łopatkami i za mostkiem. W ciągu kilku dni po urodzeniu wytwarzanie ciepła przez brunatne komórki tłuszczowe jest główną reakcją na zimno. Później u dzieci drżenie staje się taką reakcją. Brązowy tłuszcz występuje w dużych ilościach u zwierząt w stanie hibernacji. Rozbijanie tłuszczu z białej tkanki tłuszczowej jest mniej skuteczne. Tłuszcz biały nie przyczynia się do powstawania, ale do zatrzymywania ciepła.

Mechanizmy wymiany ciepła organizmu w warunkach zimna i upału ">

Mechanizmy przekazywania ciepła ciała w warunkach zimna i ciepła: a) redystrybucja krwi między naczyniami narządów wewnętrznych a naczyniami powierzchni skóry; b) redystrybucja krwi w naczyniach skóry.

Termoregulacja fizyczna pojawiła się na późniejszym etapie ewolucji. Jej mechanizmy nie wpływają na procesy metabolizmu komórkowego. Mechanizmy termoregulacji fizycznej są uwzględniane odruchowo i mają, jak każdy mechanizm odruchowy, trzy główne elementy. Po pierwsze są to receptory, które odbierają zmiany temperatury wewnątrz ciała lub otoczenia. Drugim ogniwem jest centrum termoregulacji. Trzecie ogniwo to efektory, które zmieniają procesy wymiany ciepła, utrzymując temperaturę ciała na stałym poziomie. W organizmie poza gruczołem potowym nie ma własnych efektorów odruchowego mechanizmu termoregulacji fizycznej.

Znaczenie termoregulacji fizycznej

Termoregulacja fizyczna to regulacja wymiany ciepła. Jej mechanizmy zapewniają utrzymanie temperatury ciała na stałym poziomie, zarówno w warunkach zagrożenia przegrzaniem organizmu, jak i podczas schładzania.

Fizyczna termoregulacja odbywa się poprzez zmianę uwalniania ciepła z organizmu. Nabiera szczególnego znaczenia w utrzymaniu stałej temperatury ciała podczas pobytu organizmu w warunkach podwyższonej temperatury otoczenia.

Przenoszenie ciepła odbywa się za pomocą promieniowania cieplnego (radiacyjnego przenoszenia ciepła), konwekcji, czyli ruchu i mieszania ogrzanego przez ciało powietrza, przewodzenia ciepła, czyli tzw. przenoszenie ciepła przez substancję stykającą się z powierzchnią ciała. Charakter przekazywania ciepła przez organizm zmienia się w zależności od intensywności metabolizmu.

Utracie ciepła zapobiega warstwa nieruchomego powietrza, która znajduje się między ubraniem a skórą, ponieważ powietrze jest słabym przewodnikiem ciepła. Warstwa podskórnej tkanki tłuszczowej znacznie zapobiega przenoszeniu ciepła ze względu na niską przewodność cieplną tłuszczu.

Regulacja temperatury

Temperatura skóry, a tym samym natężenie promieniowania cieplnego i przewodzenia ciepła, może zmieniać się w zimnych lub gorących warunkach środowiska zewnętrznego w wyniku redystrybucji krwi w naczyniach oraz zmiany objętości krwi krążącej.

Na zimno naczynia krwionośne skóry, głównie tętniczki, zwężają się; więcej krwi dostaje się do naczyń jamy brzusznej, co ogranicza przenoszenie ciepła. Powierzchowne warstwy skóry, odbierające mniej ciepłej krwi, emitują mniej ciepła, dzięki czemu przenikanie ciepła jest zmniejszone. Ponadto przy silnym schłodzeniu skóry otwierają się zespolenia tętniczo-żylne, co zmniejsza dopływ krwi do naczyń włosowatych, a tym samym zapobiega przenoszeniu ciepła.

Redystrybucja krwi, która występuje na zimno - zmniejszenie ilości krwi krążącej przez naczynia powierzchowne i zwiększenie ilości krwi przechodzącej przez naczynia narządów wewnętrznych - przyczynia się do zachowania ciepła w narządach wewnętrznych , którego temperatura jest utrzymywana na stałym poziomie.

Wraz ze wzrostem temperatury otoczenia naczynia skóry rozszerzają się, zwiększa się ilość krążącej w nich krwi. Objętość krwi krążącej w całym ciele wzrasta również dzięki przenoszeniu wody z tkanek do naczyń krwionośnych, a także dlatego, że śledziona i inne magazyny krwi uwalniają dodatkowe ilości krwi do ogólnego układu krwionośnego. Zwiększenie ilości krwi krążącej w naczyniach powierzchni ciała sprzyja przenoszeniu ciepła przez promieniowanie i konwekcję. Aby utrzymać stałą temperaturę ciała w wysokich temperaturach otoczenia, ważne jest również pocenie się, które powstaje w wyniku wymiany ciepła podczas odparowywania wody.

Temperatura ciała ludzi i zwierząt wyższych utrzymuje się na stosunkowo stałym poziomie, pomimo wahań temperatury otoczenia. Ta stała temperatura ciała nazywana jest izotermą.

Izotermia jest charakterystyczna tylko dla zwierząt tzw. homeotermicznych, czyli stałocieplnych. Izotermia nie występuje u zwierząt poikilotermicznych, czyli zimnokrwistych, których temperatura ciała jest zmienna i niewiele różni się od temperatury otoczenia.

Izotermia rozwija się stopniowo w trakcie rozwoju organizmu. U noworodka zdolność do utrzymania stałej temperatury ciała jest słaba. W rezultacie w temperaturach otoczenia, które nie mają wpływu na osobę dorosłą, może wystąpić ochłodzenie (hipotermia) lub przegrzanie (hipertermia) organizmu. Ponadto nawet niewielka praca mięśni, taka jak przy długotrwałym płaczu dziecka, może podnieść temperaturę ciała.

Temperatura jest jednym z najważniejszych czynników determinujących szybkość i kierunek reakcji chemicznych. Istotą metabolizmu - główną i integralną cechą życia - są chemiczne reakcje enzymatyczne. Dlatego temperatura jest jedną z najważniejszych stałych organizmu, która utrzymuje się na ściśle stałym poziomie. Temperatura narządów i tkanek, a także całego organizmu, zależy od intensywności wytwarzania ciepła oraz od ilości wymiany ciepła.

Produkcja ciepła następuje w wyniku ciągłych reakcji egzotermicznych. Reakcje te zachodzą we wszystkich narządach i tkankach z różnym nasileniem. W tkankach i narządach wykonujących aktywną pracę - w tkance mięśniowej, wątrobie, nerkach wydziela się więcej ciepła niż w mniej aktywnych - tkance łącznej, kościach, chrząstkach.

Przenoszenie ciepła to przekazywanie ciepła do otoczenia, odbywa się ono w sposób ciągły i jednocześnie z procesem wytwarzania ciepła.

Utrata ciepła następuje na kilka sposobów. Jak każde ogrzane ciało, ciało oddaje ciepło przez promieniowanie. W warunkach, w których temperatura otoczenia jest niższa od temperatury ciała, ciepło uwalniane jest na drodze konwekcji - ogrzewania powietrza lub przedmiotów, z którymi styka się ciało. Wreszcie wymiana ciepła odbywa się poprzez odparowanie wody – potu z powierzchni ciała. Część ciepła jest tracona w wydychanym powietrzu, moczu i kale.

Temperatura różnych narządów jest różna. Tak więc wątroba, znajdująca się głęboko w ciele i dająca większą produkcję ciepła, ma u człowieka wyższą i stałą temperaturę (37,8-38 ° C) w porównaniu ze skórą, której temperatura jest znacznie niższa (w miejscach pokrytych ubraniem, 29,5-33, 9°C) i jest bardziej zależny od środowiska. Ponadto różne części powierzchni skóry mają różne temperatury. Zazwyczaj temperatura skóry tułowia i głowy (33-34 ° C) jest wyższa niż temperatura kończyn. Z powyższego wynika, że pojęcie „stałej temperatury ciała” jest warunkowe. Co najważniejsze, średnia temperatura ciała jako całości charakteryzuje się temperaturą krwi w największych naczyniach, gdyż krążąca w nich krew jest podgrzewana w tkankach aktywnych (tym samym schładzając je) i schładzana w skórze (przy jednocześnie go ocieplając).

Temperatura ciała człowieka jest zwykle oceniana na podstawie jej pomiaru pod pachą. Tutaj temperatura jest zdrowa osoba wynosi 36,5 -36,9 ° C. W klinice często mierzy się temperaturę w odbytnicy (szczególnie u niemowląt), gdzie jest ona wyższa niż pod pachą i jest równa temperaturze u zdrowej osoby średnio 37,2-37,5 °C.

Temperatura ciała nie pozostaje stała, ale waha się w ciągu dnia w granicach 0,5-0,7 ° C. Odpoczynek i sen obniżają temperaturę, aktywność mięśni ją zwiększa. Maksymalną temperaturę ciała obserwuje się o godzinie 4-6 wieczorem, minimalną - o godzinie 3-4 rano.

Stałą temperaturę ciała można utrzymać pod warunkiem, że produkcja i przenoszenie ciepła w całym ciele są jednakowe. Osiąga się to dzięki fizjologicznym mechanizmom termoregulacji. Termoregulacja przejawia się w postaci połączenia procesów wytwarzania i wymiany ciepła, regulowanych ścieżką neuroendokrynną. Termoregulację zwykle dzieli się na chemiczną i fizyczną.

Termoregulacja chemiczna odbywa się poprzez zmianę poziomu wytwarzania ciepła, tj. wzmocnienie lub osłabienie intensywności metabolizmu w komórkach organizmu. Termoregulacja fizyczna odbywa się poprzez zmianę intensywności wydzielania ciepła.

Wzrost produkcji ciepła przy kurczliwym termogonie następuje na skutek wzrostu aktywności tkanki mięśniowej. Kiedy dobrowolnie kurczą się mięśnie szkieletowe, wzrasta produkcja ciepła. Istnieje szczególny rodzaj skurczu mięśni - drżenie mięśni, w którym mięśnie nie wykonują użytecznej pracy, a ich skurcz ma na celu wyłącznie wytwarzanie ciepła.

Przy nieskurczowej termogenezie zmienia się przebieg reakcji chemicznych. Nie cała energia uwalniana w procesach dysymilacji jest zawarta w cząsteczce ATP. Liczba zsyntetyzowanych cząsteczek ATP spada, ponieważ część energii natychmiast zamienia się w ciepło. Ciało się rozgrzewa, ale jego możliwości pracy są ograniczone. Termoregulacja chemiczna oparta na przemianach metabolicznych jest zbyt kosztowna, aby utrzymać stałą temperaturę ciała.

Termoregulacja chemiczna jest niezbędna do utrzymania stałej temperatury ciała, zarówno w normalnych warunkach, jak i przy zmianach temperatury otoczenia. Mechanizmy termoregulacji chemicznej uruchamiają się, gdy narządy narażone są na długotrwałe i silne ochłodzenie.

U ludzi następuje wzrost produkcji ciepła z powodu wzrostu tempa metabolizmu, jeśli temperatura otoczenia spadnie poniżej optymalnej temperatury lub strefy komfortu. W przypadku zwykłej lekkiej odzieży strefa ta mieści się w zakresie 18-20 ° С, a dla nagiej osoby - 28 ° С.

Najintensywniejsza produkcja ciepła w organizmie zachodzi w mięśniach. Nawet jeśli dana osoba leży nieruchomo, ale z napiętymi mięśniami, procesy oksydacyjne, a jednocześnie produkcja ciepła, wzrastają o 10%. Niewielka aktywność fizyczna prowadzi do wzrostu produkcji ciepła o 50-80%, a ciężka praca mięśni o 400-500%.

W zimnych warunkach wzrasta wytwarzanie ciepła w mięśniach, nawet jeśli osoba jest nieruchoma. Wynika to z faktu, że ochłodzenie powierzchni ciała, działając na receptory odczuwające zimne podrażnienie, odruchowo powoduje nieregularne mimowolne skurcze mięśni, objawiające się dreszczami (dreszczami). W tym przypadku procesy metaboliczne organizmu ulegają znacznemu wzmocnieniu, wzrasta zużycie tlenu i węglowodanów przez tkankę mięśniową, co pociąga za sobą wzrost produkcji ciepła.

W termoregulacji chemicznej oprócz mięśni ważną rolę odgrywają wątroba i nerki.

Uwalnianie energii w organizmie następuje w wyniku rozpadu oksydacyjnego białek, tłuszczów i węglowodanów. Dlatego wszystkie mechanizmy regulujące procesy oksydacyjne regulują również produkcję ciepła.

Termoregulacja fizyczna pojawiła się na późniejszym etapie ewolucji. Jego mechanizmy nie wpływają na procesy metabolizmu komórkowego. Mechanizmy termoregulacji fizycznej są uwzględniane odruchowo i mają, jak każdy mechanizm odruchowy, trzy główne elementy. Po pierwsze są to receptory, które odbierają zmiany temperatury wewnątrz ciała lub otoczenia. Drugim ogniwem jest centrum termoregulacji. Trzecie ogniwo to efektory, które zmieniają procesy wymiany ciepła, utrzymując temperaturę ciała na stałym poziomie. W organizmie poza gruczołem potowym nie ma własnych efektorów odruchowego mechanizmu termoregulacji fizycznej.

Temperatura skóry, a co za tym idzie natężenie promieniowania cieplnego i przewodzenia ciepła, może zmieniać się w zimnych lub gorących warunkach środowiska zewnętrznego w wyniku redystrybucji krwi w naczyniach oraz zmiany objętości krwi krążącej.

Na zimno naczynia krwionośne skóry, głównie tętniczki, zwężają się; więcej krwi dostaje się do naczyń jamy brzusznej, co ogranicza przenoszenie ciepła. Powierzchowne warstwy skóry, odbierające mniej ciepłej krwi, emitują mniej ciepła, dzięki czemu przenikanie ciepła jest zmniejszone. Ponadto przy silnym schłodzeniu skóry otwierają się zespolenia tętniczo-żylne, co zmniejsza ilość dopływu krwi do naczyń włosowatych, a tym samym zapobiega przenoszeniu ciepła.

Wraz ze wzrostem temperatury otoczenia naczynia skóry rozszerzają się, zwiększa się ilość krążącej w nich krwi. Objętość krwi krążącej w całym ciele wzrasta również dzięki przenoszeniu wody z tkanek do naczyń krwionośnych, a także dlatego, że śledziona i inne magazyny krwi wyrzucają dodatkową krew do ogólnego układu krwionośnego. Zwiększenie ilości krwi krążącej w naczyniach powierzchni ciała sprzyja przenoszeniu ciepła przez promieniowanie i konwekcję. Aby utrzymać stałą temperaturę ciała w wysokich temperaturach otoczenia, ważne jest również pocenie się, które powstaje w wyniku wymiany ciepła podczas odparowywania wody.

Reakcje regulacyjne, które zapewniają utrzymanie stałej temperatury ciała, są złożonymi czynnościami odruchowymi, które zachodzą w odpowiedzi na stymulację temperaturową receptorów.

Receptory, z których wyzwalane są odruchowe mechanizmy termoregulacji chemicznej i fizycznej, dzielą się na receptory reagujące na ciepło i zimno lub termoreceptory ciepła i zimna. Znajdują się zarówno na powierzchni, jak i wewnątrz ciała. Z powierzchni szczególnie ważne są termoreceptory skóry, z wewnętrznych - termoreceptory podwzgórza.

Centralny mechanizm układu termoregulacyjnego składa się z wielu części ośrodkowego układu nerwowego, od rdzenia kręgowego do kory mózgowej włącznie. Ją główny dział znajduje się w podwzgórzu i jest podzielony na centrum wytwarzania ciepła i centrum wymiany ciepła. Impulsy z podwzgórza wędrują zstępującymi ścieżkami do ośrodków autonomicznego układu nerwowego zlokalizowanych w rdzeniu przedłużonym i rdzeniu kręgowym lub do neuronów unerwiających mięśnie poprzecznie prążkowane. Następnie, wzdłuż nerwów wegetatywnych i somatycznych, informacja trafia do efektorów termoregulacji: mięśni, gruczołów potowych, ośrodków układu oddechowego i sercowo-naczyniowego, zmieniając swoje funkcje w celu zachowania lub oddania ciała. Dzięki powiązaniu struktur podwzgórza i przysadki mózgowej, centralne struktury termoregulacji poprzez gruczoły dokrewne w sposób neurohumoralny mogą wpływać na intensywność metabolizmu w komórkach, zwiększając produkcję ciepła. Są to oczywiście odruchowe mechanizmy regulujące temperaturę ciała. Bliskie połączenia ośrodków podwzgórza z korą mózgową zapewniają warunkową regulację odruchów procesów termoregulacji, subtelną adaptacyjną zmianę aktywności wszystkich narządów zaangażowanych w termoregulację w odpowiedzi na różne zmiany w środowisku zewnętrznym.

Jedynym własnym efektorem – wykonawcą termoregulacji fizycznej – jest gruczoł potowy. Pocenie się jest najsilniejszym fizjologicznym mechanizmem wymiany ciepła, tj. chłodzenie. Osoba w stanie spokoju traci około 20% ciepła poprzez odparowanie wilgoci wydzielanej podczas pocenia się i do 80% podczas pracy mięśni. Intensywność procesu parowania zależy od wielu czynników: stanu organizmu, temperatury otoczenia, ruchu powietrza i wilgotności. Parowanie wody jest ważnym czynnikiem termoregulacji fizycznej. Oprócz własnego efektora gruczołu potowego, odbywa się to również poprzez uwalnianie wody podczas oddychania i jej odparowywanie z powierzchni dróg oddechowych. Układ oddechowy jest więc jednym z najważniejszych efektorów termoregulacji fizycznej. Zmiany częstotliwości i głębokości ruchów oddechowych - duszność termiczna, która pojawia się, gdy organizm jest wystawiony na działanie wysokich temperatur - jest ważnym mechanizmem termoregulacji u człowieka. Jednym z najważniejszych efektorów termoregulacji fizycznej jest układ sercowo-naczyniowy, który rozwiązuje problemy zarówno wymiany ciepła, jak i magazynowania ciepła, dlatego bierze udział w procesach termoregulacji w warunkach zagrażających organizmowi przegrzaniem i wychłodzeniem. Ciepło uwalniane jest do środowiska z powierzchni ciała - skóry, podskórnej tkanki tłuszczowej i częściowo przylegających mięśni. Zmiana średnicy naczyń tych narządów prowadzi do redystrybucji ilości „podgrzanej” krwi krążącej. W warunkach, w których należy zmniejszyć przenoszenie ciepła, dochodzi do zwężenia naczyń krwionośnych, zmniejsza się ilość krwi napływającej na powierzchnię ciała, a podgrzana krew, przechodząc przez zespolenia tętniczo-żylne, wpływa do naczyń narządów wewnętrznych. Obniża się temperatura powierzchni ciała, maleje również przenoszenie ciepła przez promieniowanie cieplne i konwekcję. W stanach wymagających zwiększenia wymiany ciepła rozszerzenie naczyń krwionośnych prowadzi do zwiększenia przepływu „gorącej” krwi na powierzchnię ciała, a tym samym zwiększa się przenikanie ciepła. Jednocześnie w tych warunkach wzrasta pocenie się.