Механізми хімічної терморегуляції. Терморегуляція людини: що таке? Запитання та завдання

У теплокровних тварин і людини (т.зв. гомойотермних організмів), на відміну холоднокровних (або пойкілотермних), постійна температура тіла є обов'язковою умовою існування, одним з кардинальних параметрів гомеостазу (або сталості) внутрішнього середовища організму.

Фізіологічні механізми, що забезпечують тепловий гомеостаз організму (його "ядра"), поділяються на дві функціональні групи: механізми хімічної та фізичної терморегуляції. Хімічна терморегуляція є регуляцією теплопродукції організму. Тепло постійно виробляється в організмі в процесі окисно-відновних реакцій метаболізму. При цьому частина його віддається у зовнішнє середовище тим більше, чим більша різниця температури тіла та середовища. Тому підтримання стійкої температури тіла при зниженні температури середовища потребує відповідного посилення процесів метаболізму та супроводжує їх теплоутворення, що компенсує тепловтрати та призводить до збереження загального теплового балансу організму та підтримки сталості внутрішньої температури. Процес рефлекторного посилення теплопродукції у відповідь зниження температури навколишнього середовища і носить назву хімічної терморегуляції. Виділення енергії у вигляді тепла супроводжує функціональне навантаження всіх органів і тканин та властиво всім живим організмам. Специфіка організму людини полягає в тому, що зміна теплопродукції як реакція на змінну температуру представляє у них спеціальну реакцію організму, що не впливає на рівень функціонування основних фізіологічних систем.

Специфічне терморегуляторне теплоутворення зосереджено переважно у скелетній мускулатурі та пов'язане з особливими формамифункціонування м'язів, які не зачіпають їх пряму моторну діяльність. Підвищення теплоутворення при охолодженні може відбуватися і в м'язі, що покоїться, а також при штучному виключенні скорочувальної функції дією специфічних отрут.

Один із найбільш звичайних механізмів специфічного терморегуляторного теплоутворення у м'язах – так званий терморегуляційний тонус. Він виражений мікроскорочення фібрил, що реєструються у вигляді підвищення електричної активності зовні нерухомого м'яза при її охолодженні. Терморегуляційний тонус підвищує споживання кисню м'язом часом більш як на 150%. При сильнішому охолодженні поряд з різким підвищенням терморегуляційного тонусу включаються видимі скорочення м'язів у формі тремтіння холоду. Газообмін при цьому зростає до 300-400%. Характерно, що за часткою участі у терморегуляторному теплоутворенні м'язи нерівноцінні.

При тривалому впливі холоду скорочувальний тип термогенезу може бути тією чи іншою мірою заміщений (або доповнений) перемиканням тканинного дихання в м'язі на так званий вільний (нефосфорилуючий) шлях, при якому випадає фаза утворення та подальшого розщеплення АТФ. Цей механізм не пов'язаний із скорочувальною діяльністю м'язів. Загальна маса тепла, що виділяється при вільному диханні, практично така сама, як і при дріжджовому термогенезі, але при цьому велика частина теплової енергії витрачається негайно, а окислювальні процеси не можуть бути загальмовані недоліком АДФ або неорганічного фосфату.

Остання обставина дозволяє безперешкодно підтримувати високий рівень теплоутворення протягом тривалого часу.

Зміни інтенсивності обміну речовин, викликані впливом температури середовища на організм людини, закономірні. У певному інтервалі зовнішніх температур теплопродукція, що відповідає обміну організму, повністю компенсується його "нормальної" (без активної інтенсифікації) тепловіддачею. Теплообмін організму із середовищем збалансований. Цей температурний інтервал називають термонейтральною зоною. Рівень обміну у цій зоні мінімальний. Нерідко говорять про критичну точку, маючи на увазі конкретне значення температури, при якому досягається тепловий баланс із середовищем. Теоретично це правильно, але експериментально встановити таку точку практично неможливо через постійні незакономірні коливання метаболізму і нестабільність теплоізолюючих властивостей покривів.

Зниження температури середовища за межі термонейтральної зони викликає рефлекторне підвищення рівня обміну речовин і теплопродукції до врівноваження теплового балансу організму в нових умовах. Внаслідок цього температура тіла залишається незмінною.

Підвищення температури середовища межі термонейтральної зони також викликає підвищення рівня обміну речовин, що викликано включенням механізмів активізації віддачі тепла, потребують додаткових витрат за свою роботу. Так формується зона фізичної терморегуляції, протягом якої температура залишається стабільною. Після досягнення певного порога механізми посилення тепловіддачі виявляються неефективними, починається перегрів і зрештою загибель організму.

Ще 1902 р. Рубнер запропонував розрізняти два типи цих механізмів - терморегуляцію " хімічну " і " фізичну " . Перша пов'язана із зміною теплопродукції у тканинах (напругою хімічних реакційобміну), друга - характеризується тепловіддачею та перерозподілом тепла. Поряд із кровообігом важлива роль у фізичній терморегуляції належить потовиділенню, тому особлива функція тепловіддачі належить шкірі - тут відбувається остигання нагрітої в м'язах або в "ядрі" крові, тут реалізуються механізми потоутворення та потовиділення.

ü У "нормі" теплопроводом можна знехтувати, т.к. теплопровідність повітря низька. Теплопровідність води у 20 разів вища, тому тепловіддача проведенням відіграє значну роль і стає суттєвим фактором переохолодження у разі вологого одягу, сирих шкарпеток тощо.

ü Більш ефективна тепловіддача шляхом конвекції (тобто переміщенням частинок газу або рідини, змішування їх нагрітих шарів з охолодженими). У повітряному середовищінавіть за умов спокою на тепловіддачу конвекцією доводиться до 30% втрат тепла. Роль конвекції на вітрі або під час руху людини ще більше зростає.

ь Передача тепла випромінюванням від нагрітого тіла до холодного здійснюється згідно із законом Стефана-Больцмана і пропорційна різниці четвертих ступенів температури шкіри (одягу) та поверхні навколишніх предметів. Цим шляхом в умовах "комфорту" роздягнена людина віддає до 45% теплової енергії, але для тепло одягненої людини особливої ​​ролі тепловтрати випромінюванням не відіграють.

ü Випаровування вологи зі шкіри та поверхні легень також ефективний шлях тепловіддачі (до 25%) в умовах "комфорту". В умовах високої температури навколишнього середовища та інтенсивної м'язової діяльності тепловіддача випаровуванням поту грає домінуючу роль - з 1 грамом поту виноситься 0,6 ккал енергії. Неважко підрахувати загальний обсяг тепла, що втрачається з потом, якщо врахувати, що в умовах інтенсивної м'язової діяльності людина за восьмигодинний робочий день може віддати до 10 - 12 літрів рідини. На холоді втрати з потом у добре одягненої людини невеликі, але і тут треба враховувати тепловіддачу за рахунок дихання. При цьому процесі поєднуються відразу два механізми тепловіддачі - конвекція та випаровування. Втрати тепла та рідини з диханням досить значні, особливо за інтенсивної м'язової діяльності в умовах низької вологості атмосферного повітря.

Істотним фактором, що впливає на процеси терморегуляції, є вазомоторні (судинно-рухові) реакції шкіри. При максимально вираженому звуженні судинного русла втрати можуть знизитися на 70%, при максимальному розширенні - зрости на 90%.

Видові відмінності хімічної терморегуляції виражаються в різниці рівня основного (в зоні термонейтральності) обміну, положення та ширини термонейтральної зони, інтенсивності хімічної терморегуляції (підвищення обміну при зниженні температури середовища на 1"С), а також у діапазоні ефективної дії терморегуляції. Всі ці параметри відображають екологічну специфіку окремих видів та адаптивним чином змінюються в залежності від географічне положеннярегіону, сезону року, висоти над рівнем моря та низки інших екологічних факторів.

Регуляторні реакції, спрямовані на збереження постійної температури тіла під час перегріву, представлені різними механізмами посилення тепловіддачі у зовнішнє середовище. Серед них широко поширена і має високу ефективність тепловіддачі шляхом інтенсифікації випаровування вологи з поверхні тіла або (і) верхніх дихальних шляхів. При випаровуванні вологи витрачається тепло, що може сприяти збереженню теплового балансу. Реакція включається при ознаках перегріву організму, що починається.

Отже, адаптивні зміни теплообміну в організмі людини можуть бути спрямовані не лише на підтримку високого рівня обміну речовин, як у більшості людей, а й на встановлення низького рівня в умовах, що загрожують виснаженням енергетичних резервів.

А. Життя людини може протікати лише у вузькому діапазоні температур.

Температура істотно впливає на протікання життєвих процесів в організмі людини і на її фізіологічну активність. Процеси життєдіяльності обмежені вузьким діапазоном температури внутрішнього середовища, де можуть відбуватися основні ферментативні реакції. Для людини зниження температури тіла нижче 25 ° С і її збільшення вище 43 ° С, як правило, смертельно. Особливо чутливі до змін температури нервові клітини.

Висока температуравикликає інтенсивне потовиділення, що призводить до зневоднення організму, втрати мінеральних солей та водорозчинних вітамінів. Наслідком цих процесів є згущення крові, порушення сольового обміну, шлункової секреції, розвиток вітамінного дефіциту. Допустиме зниження ваги при випаровуванні становить 2-3%. При втраті ваги від випаровування 6% порушується розумова діяльність, а за 15-20% втрати ваги настає смерть. Систематична дія високої температури викликає зміни у серцево-судинній системі: почастішання пульсу, зміна артеріального тиску, ослаблення функціональної здатності серця. Тривале вплив високої температури призводить до накопичення тепла в організмі, при цьому температура тіла може підвищитися до 38-41 ° С і може виникнути тепловий удар з непритомністю.

Низькі температуриможуть бути причинами охолодження та переохолодження організму. При охолодженні в організмі рефлекторно зменшується тепловіддача та посилюється теплопродукція. Зменшення тепловіддачі відбувається рахунок спазму (звуження) судин, збільшення термічного опору тканин організму. Тривалий вплив низької температури призводить до стійкого судинного спазму, порушення живлення тканин. Зростання теплопродукції при охолодженні досягається зусиллям окислювальних обмінних процесів у організмі (зниження температури тіла на 1°С супроводжується приростом обмінних процесів на 10°С). Вплив низьких температур супроводжується збільшенням артеріального тиску, об'ємом вдиху та зменшенням частоти дихання. Охолодження організму змінює вуглеводний обмін. Велике охолодження супроводжується зниженням температури тіла, пригніченням функцій органів та систем організму.

Б. Ядро та зовнішня оболонка тіла.

З точки зору терморегуляції тіло людини можна уявити, що складається з двох компонентів - зовнішньої оболонкита внутрішнього ядра.

Ядро- це частина тіла, яка має постійну температуру (внутрішні органи), а оболонка- Частина тіла, в якій є температурний градієнт (це тканини поверхневого шару тіла товщиною 2,5 см). Через оболонку йде теплообмін між ядром та навколишнім середовищем, тобто зміни теплопровідності оболонки визначають сталість температури ядра. Теплопровідність змінюється рахунок зміни кровопостачання і кровонаповнення тканин оболонки.

Температура різних ділянок ядра різна. Наприклад, у печінці: 37.8-38.0°С, у мозку: 36.9-37.8°С. Загалом температура ядра тіла людини становить 37.0°С.Це досягається за допомогою процесів ендогенної терморегуляції, результатом якої є стійка рівновага між кількістю тепла, що продукується в організмі в одиницю часу ( теплопродукцією) та кількістю тепла, що розсіюється організмом за той же час у навколишнє середовище ( тепловіддачею).

Температура шкіри людини різних ділянках коливається від 24.4°С до 34.4°С. Найнижча температура спостерігається на пальцях ніг, найвища - у пахвовій западині. Саме на підставі вимірювання температури в пахвій западині зазвичай судять про температуру тіла в даний момент часу.

За усередненими даними, середня температура шкіри оголеної людини за умов комфортної температури повітря становить 33-34°С. Існують добові коливання температури тіла. Амплітуда коливань може досягати 1°С. Температура тіла мінімальна в ранковий час (3-4 години) і максимальна в денний час (16-18 годин).

Відоме також явище асиметрії температури. Вона спостерігається приблизно в 54% випадків, причому температура в лівій пахвовій западині дещо вища, ніж у правій. Можлива асиметрія і інших ділянках шкіри, а вираженість асиметрії більш як 0,5°С свідчить про патології.

В. Теплообмін. Баланс теплоутворення та тепловіддачі в організмі людини.

Процеси життєдіяльності людини супроводжуються безперервним теплоутворенням у його організмі та віддачею освіченого тепла у навколишнє середовище. Обмін теплової енергії між організмом і навколишнім середовищем називається теплообмін.Теплопродукція та тепловіддача обумовлені діяльністю центральної нервової системи, що регулює обмін речовин, кровообіг, потовиділення та діяльність скелетних м'язів.

Організм людини - це саморегульована система з внутрішнім джерелом тепла, в якій у нормальних умовах теплопродукція (кількість освіченого тепла) дорівнює кількості тепла, відданого у зовнішнє середовище (тепловіддачі). Постійність температури тіла називається ізотермією. Вона забезпечує незалежність обмінних процесів у тканинах та органах від коливань температури навколишнього середовища.

Внутрішня температура тіла людини стала (36.5-37°С) завдяки регулюванню інтенсивності теплопродукції та тепловіддачі в залежності від температури зовнішнього середовища. А температура шкіри людини при дії зовнішніх умов може змінюватись у відносно широких межах.

У тілі людини за 1 годину утворюється стільки тепла, скільки потрібно, щоб закип'ятити 1 літр крижаної води. І якби тіло було непроникним для тепла футляром, то вже за годину температура тіла піднялася б приблизно на 1.5°С, а через 40 годин досягла б точки кипіння води. Під час важкої фізичної роботи утворення тепла збільшується ще кілька разів. І все ж таки температура нашого тіла не змінюється. Чому? Вся справа саме в урівноважуванні процесів утворення та віддачі тепла в організмі.

Провідним фактором, що визначає рівень теплового балансу, є Температура навколишнього середовища.При її відхиленні від комфортної зони в організмі встановлюється новий рівеньтеплового балансу, що забезпечує ізотермію за умов середовища. Така постійність температури тіла забезпечується механізмом. терморегуляції, Що включає процес теплоутворення та процес тепловиділення, які регулюються нервово-ендокринним шляхом.

Г. Поняття терморегуляції організму.

Терморегуляція- це сукупність фізіологічних процесів, вкладених у підтримку відносного сталості температури ядра організму за умов зміни температури середовища з допомогою регуляції теплопродукції і тепловіддачі. Терморегуляція спрямована на запобігання порушенням теплового балансу організму або на його відновлення, якщо подібні порушення вже відбулися, і здійснюється нервово-гуморальним шляхом.

Прийнято вважати, що терморегуляція властива лише гомойотермним тваринам (до них відносяться ссавці (у тому числі людина), і птиці), організм яких має здатність підтримувати температуру внутрішніх областей тіла на відносно постійному і достатньо високому рівні(близько 37-38 ° С у ссавців і 40-42 ° С у птахів) незалежно від змін температури навколишнього середовища.

Механізм терморегуляції можна у вигляді кібернетичної самоврядної системи із зворотними зв'язками. Температурні коливання навколишнього повітря діють на спеціальні рецепторні утворення ( терморецептори), чутливі до зміни температури. Терморецептори передають до центрів терморегуляції інформацію про тепловий стан органу, у свою чергу, центри терморегуляції через нервові волокна, гормони та інші біологічно активні речовинизмінюють рівень тепловіддачі та теплопродукції або ділянок тіла (місцева терморегуляція), або організму загалом. При вимиканні центрів терморегуляції спеціальними хімічними речовинамиорганізм втрачає здатність до підтримки сталості температури. Цю особливість останніми роками використовують у медицині для штучного охолодження організму під час складних хірургічних операцій на серці.

Шкірні терморецептори.

Підраховано, що людина має приблизно 150.000 холодових і 16.000 теплових рецепторів, які реагують на зміни температури внутрішніх органів. Терморецептори розташовуються у шкірі, у внутрішніх органах, дихальних шляхах, скелетних м'язах та центральній нервовій системі.

Терморецептори шкіри є такими, що швидко адаптуються і реагують не стільки на саму температуру, скільки на її зміни. Максимальне число рецепторів знаходиться в ділянці голови та шиї, мінімальне – на кінцівках.

Холодові рецептори менш чутливі та їх поріг чутливості дорівнює 0,012°С (при охолодженні). Поріг чутливості теплових рецепторів є вищим і становить 0,007°С. Ймовірно, це пов'язано з більшою небезпекою для організму саме перегрівання.

Д. Види терморегуляції.

Терморегуляцію можна розділити на два основні види:

1. Фізична терморегуляція:

Випаровування (потовиділення);

Випромінювання (радіація);

Конвекція.

2. Хімічна терморегуляція.

Скорочувальний термогенез;

Нескоротливий термогенез.

Фізична терморегуляція(процес, що здійснює видалення тепла з організму) - забезпечує збереження сталості температури тіла за рахунок зміни віддачі тепла організмом шляхом проведення через шкіру (кондукція та конвекція), променевипускання (радіація) та випаровування води. Віддача тепла, що постійно утворюється в організмі, регулюється зміною теплопровідності шкіри, підшкірного жирового шару і епідермісу. Тепловіддача значною мірою регулюється динамікою кровообігу в теплопровідних та теплоізолюючих тканинах. З підвищенням температури навколишнього середовища тепловіддачі починає домінувати випаровування.

Кондукція, конвекція та випромінювання є пасивними шляхами тепловіддачі, що ґрунтуються на законах фізики. Вони ефективні лише за збереження позитивного температурного градієнта. Чим менша різниця температури між тілом та навколишнім середовищем, тим менше тепла віддається. За однакових показників або за високої температури навколишнього середовища згадані шляхи не тільки не ефективні, але при цьому ще відбувається і нагрівання тіла. У умовах в організмі спрацьовує лише одне механізм віддачі тепла - потовиділення.

При низькій температурі навколишнього середовища (15 ° С і нижче) близько 90% добової тепловіддачі відбувається за рахунок теплопроведення та тепловипромінювання. У умовах видимого потовиділення немає. При температурі повітря 18-22 ° С тепловіддача за рахунок теплопровідності та тепловипромінювання зменшується, але збільшується втрата тепла організмом шляхом випаровування вологи з поверхні шкіри. При підвищенні температури навколишнього середовища до 35°С тепловіддача за допомогою радіації та конвекції стає неможливою, і температура тіла підтримується на постійному рівні виключно за допомогою випаровування води з поверхні шкіри та легких альвеол. При великій вологості повітря, коли випаровування води утруднене, може виникнути перегрівання тіла та розвинутися тепловий удар.

У людини в стані спокою при температурі повітря близько 20°С та сумарній тепловіддачі, що дорівнює 419 кДж (100 ккал) на годину, за допомогою радіації втрачається 66%, випаровування води – 19%, конвекції – 15% від загальної втратитепла організмом.

Хімічна терморегуляція(Процес, що забезпечує утворення тепла в організмі) - реалізується через обмін речовин і через теплопродукцію таких тканин як м'язи, а також печінка, бурий жир, тобто шляхом зміни рівня теплоутворення - рахунок посилення або ослаблення інтенсивності обміну речовин в клітинах організму. При окисненні органічних речовинвиділяється енергія. Частина енергії йде на синтез АТФ(Аденозінтрифосфат - це нуклеотид, що грає виключно важливу роль в обміні енергії та речовин в організмі). Ця потенційна енергія може бути використана організмом у подальшій його діяльності. Джерелом тепла в організмі є всі тканини. Кров, що протікає через тканини, нагрівається. Підвищення температури довкілля викликає рефлекторне зниження обміну речовин, унаслідок цього в організмі зменшується теплоутворення. При зниженні температури навколишнього середовища рефлекторно збільшується інтенсивність метаболічних процесів та посилюється теплоутворення.

Включення хімічної терморегуляції відбувається тоді, коли фізична терморегуляція виявляється недостатньою підтримки постійності температури тіла.

Розглянемо ці види терморегуляції.

Фізична терморегуляція:

Під фізичною терморегуляцієюрозуміють сукупність фізіологічних процесів, які ведуть зміну рівня тепловіддачі. Існують такі шляхи віддачі тепла організмом у довкілля:

Випаровування (потовиділення);

Випромінювання (радіація);

Теплопроведення (кондукція);

Конвекція.

Розглянемо їх докладніше:

1. Випаровування (потовиділення):

Випаровування (потовиділення)- Це віддача теплової енергії в довкілля за рахунок випаровування поту або вологи з поверхні шкіри та слизових оболонок дихальних шляхів. Людина постійно здійснюється виділення поту потовими залозами шкіри («відчутна», чи залізиста, втрата води), зволожуються слизові оболонки дихальних шляхів («невідчутна» втрата води). При цьому «відчутна» втрата води організмом надає більш істотний вплив на загальну кількість тепла, що віддається шляхом випаровування, ніж «невідчутна».

При температурі довкілля близько 20°З випаровування вологи становить близько 36 г/ч. Оскільки на випаровування 1 г води в людини витрачається 0,58 ккал теплової енергії, неважко підрахувати, що шляхом випаровування організм дорослої людини віддає в цих умовах в довкілля близько 20% всього тепла, що розсіюється. Підвищення зовнішньої температури, виконання фізичної роботи, тривале перебування у теплоізолюючому одязі посилюють потовиділення і може зрости до 500-2.000 г/ч.

Людина погано переносить порівняно невисоку температуру навколишнього середовища (32 ° С) при вологому повітрі. У абсолютно сухому повітрі людина може перебувати без помітного перегрівання протягом 2-3 годин при температурі 50-55°С. Погано переноситься також непроникний для повітря одяг (гумовий, щільний і т.п.), що перешкоджає випаровування поту: шар повітря між одягом і тілом швидко насичується парами і подальше випаровування поту припиняється.

У процесу тепловіддачі за допомогою випаровування, хоча воно є лише одним із способів терморегуляції, є одна виняткова перевага – якщо зовнішня температура перевищує середнє значення температури шкіри, то організм не може віддавати у зовнішнє середовище тепло іншими методами терморегуляції (випромінюванням, конвекцією та кондукцією), які ми розглянемо нижче. Організм у умовах починає поглинати тепло ззовні, і єдиним способом розсіювання тепла стає посилення випаровування вологи з поверхні тіла. Таке випаровування можливе до того часу, поки вологість повітря довкілля залишається менше 100%. При інтенсивному потовиділенні, високій вологості та малій швидкості руху повітря, коли краплі поту, не встигаючи випаруватися, зливаються і стікають з поверхні тіла, тепловіддача шляхом випаровування стає менш ефективною.

При випаровуванні поту наше тіло дає свою енергію. Власне завдяки енергії нашого тіла молекули рідини (тобто поту) розривають молекулярні зв'язки і переходять з рідкого в газоподібний стан. Енергія витрачається на розрив зв'язків, і, як наслідок, температура тіла знижується. За таким же принципом працює холодильник. Він примудряється підтримувати всередині камери температуру набагато нижчу, ніж температура навколишнього середовища. Робить він це завдяки споживаній електроенергії. А ми це робимо, використовуючи енергію, одержану від розщеплення харчових продуктів.

Зменшити втрати тепла від випаровування може допомогти контроль за підбором одягу. Одяг потрібно підбирати виходячи з погодних умов та поточної активності. Не лінуйтеся знімати зайвий одяг, коли зростають навантаження. Ви менше потітимете. І не лінуйтеся знову її одягнути, коли навантаження припиняються. Знімайте волого- та вітрозахист, якщо дощу з вітром немає, інакше одяг мокнутиме зсередини, від вашого поту. А, контактуючи з мокрим одягом, ми втрачаємо тепло ще й теплопровідністю. Вода в 25 разів краще за повітря проводить тепло. Значить, у мокрому одязі ми втрачаємо тепло у 25 разів швидше. Ось чому важливо підтримувати одяг сухим.

Випаровування ділиться на 2 види:

а) Невідчутна перспірація(Без участі потових залоз) - це випаровування води з поверхні легких, слизових оболонок дихальних шляхів і води, що просочується через епітелій шкірного покриву (випаровування з поверхні шкіри йде навіть у разі, якщо шкіра суха).

За добу через дихальні шляхи випаровується до 400 мл води, тобто. організм втрачає до 232 ккал на добу. За необхідності ця величина може бути збільшена рахунок теплової задишки. Через епідерміс у середньому за добу проникає близько 240 мл води. Отже, цим шляхом організм втрачає до 139 ккал на добу. Ця величина, як правило, не залежить від процесів регуляції та різних факторів середовища.

б) Відчутна перспірація(при активну участьпотових залоз) - це віддача тепла шляхом випаровування поту. У середньому за добу при комфортній температурі середовища виділяється 400-500 мл поту, отже віддається до 300 ккал енергії. Випаровування 1 л поту в людини з масою тіла 75 кг може знизити температуру тіла на 10°С. Проте за потреби обсяг потовиділення може збільшитися до 12 л на добу, тобто. шляхом потовиділення можна втратити до 7000 ккал на добу.

Ефективність випаровування багато в чому залежить від середовища: що вища температура і нижча вологість, то вища ефективність потовиділення як механізму віддачі тепла. При 100% вологості випаровування неможливе. При високій вологості атмосферного повітря висока температура переноситься важче, ніж за низької вологості. У насиченому водяними парами повітрі (наприклад, у лазні) піт виділяється у великій кількості, але не випаровується та стікає зі шкіри. Таке потовиділення не сприяє віддачі тепла: тільки частина поту, яка випаровується з поверхні шкіри, має значення для тепловіддачі (ця частина поту становить ефективне потовиділення).

2. Випромінювання (радіація):

Випромінювання (радіація)- це спосіб віддачі тепла в довкілля поверхнею тіла людини у вигляді електромагнітних хвиль інфрачервоного діапазону (а = 5-20 мкм). За рахунок випромінювання віддають енергію всі предмети, температура яких вища за абсолютний нуль. Електромагнітна радіація вільно проходить крізь вакуум, атмосферне повітря для неї теж можна вважати прозорим.

Як відомо, будь-який предмет, який нагрітий вище температури навколишнього середовища, випромінює тепло. Кожен відчув це сидячи біля вогнища. Костер випромінює тепло та нагріває предмети навколо. При цьому багаття втрачає своє тепло.

Тіло людини починає випромінювати тепло, як температура навколишнього середовища опускається нижче, ніж температура поверхні шкіри. Щоб запобігти втраті тепла випромінюванням, необхідно захистити відкриті ділянки тіла. Це робиться за допомогою одягу. Таким чином, ми створюємо прошарок повітря в одязі між шкірою та навколишнім середовищем. Температура цього прошарку дорівнюватиме температурі тіла і втрати тепла випромінюванням зменшаться. Чому втрата тепла зовсім не припиниться? Тому що тепер нагрітий одяг випромінюватиме тепло, втрачаючи його. І, навіть одягнувши на себе ще один шар одягу, ви не зупините випромінювання.

Кількість тепла, що розсіюється організмом у навколишнє середовище випромінюванням, пропорційно площі поверхні випромінювання (площі поверхні тіла, не покритою одягом) та різниці середніх значень температур шкіри та навколишнього середовища. При температурі навколишнього середовища 20 ° С і відносної вологості повітря 40-60% організм дорослої людини розсіює шляхом випромінювання близько 40-50% всього тепла, що віддається. Якщо температура довкілля перевищує середню температуру шкіри, тіло людини, поглинаючи інфрачервоні промені, що випромінюються навколишніми предметами, зігрівається.

Тепловіддача шляхом випромінювання зростає при зниженні температури навколишнього середовища та зменшується при її підвищенні. В умовах постійної температури навколишнього середовища випромінювання з поверхні тіла зростає у разі підвищення температури шкіри і зменшується при її зниженні. Якщо середні температури поверхні шкіри та навколишнього середовища вирівнюються (різниця температур дорівнює нулю), то віддача тепла випромінюванням стає неможливою.

Зменшити тепловіддачу організму випромінюванням можна рахунок зменшення площі поверхні випромінювання - зміною положення тіла. Наприклад, коли собаці чи кішці холодно, вони згортаються в клубок, зменшуючи тим самим поверхню тепловіддачі; коли спекотно, тварини, навпаки, приймають положення, у якому поверхню тепловіддачі максимально зростає. Цього способу фізичної терморегуляції не позбавлений і людина, «згортаючись клубком» під час сну в холодному приміщенні.

3. Теплопроведення (кондукція):

Теплопроведення (кондукція)- це спосіб віддачі тепла, який має місце при контакті, зіткненні тіла людини з іншими фізичними тілами. Кількість тепла, що віддається організмом в навколишнє середовище цим способом, пропорційно різниці середніх температур контактуючих тіл, площі поверхонь контактуючих, часу теплового контакту і теплопровідності контактуючого тіла.

Втрати тепла теплопровідністю виникають тоді, коли відбувається прямий контакт із холодним предметом. У цей момент наше тіло дає своє тепло. Швидкість втрати тепла залежить від теплопровідності предмета, з яким ми стикаємося. Наприклад, теплопровідність каменю в 10 разів вища, ніж деревина. Тому, сидячи на камені, ми втрачатимемо тепло набагато швидше. Ви, мабуть, помічали, що сидіти на камені якось холодніше, ніж на колоді.

Рішення? Ізолювати своє тіло від холодних предметів за допомогою поганих провідників тепла. Простіше кажучи, наприклад, якщо ви подорожуєте в горах, то влаштовуючись на привал, сідайте на килимок туриста або скруток одягу. На ніч обов'язково підкладайте під спальник туристичний килимок, що відповідає погодним умовам. Або, у крайньому випадку, товстий шар сухої трави чи хвої. Земля добре проводить (отже «відбирає») тепло і сильно охолоджується вночі. Взимку не беріть металеві предмети голими руками. Використовуйте рукавички. У сильні морозивід металевих предметів можна одержати місцеве обмороження.

Сухе повітря, жирова тканина характеризуються низькою теплопровідністю і є утеплювачами (поганими провідниками тепла). Одяг зменшує тепловіддачу. Втраті тепла перешкоджає той шар нерухомого повітря, яке знаходиться між одягом та шкірою. Теплоізолюючі властивості одягу тим вищі, чим дрібніша пористість її структури, що містить повітря. Цим пояснюються хороші теплоізолюючі властивості вовняного та хутряного одягу, що дає можливість організму людини зменшити розсіювання тепла шляхом теплопровідності. Температура повітря під одягом досягає 30 °С. І, навпаки, оголене тіло втрачає тепло, оскільки повітря його поверхні постійно змінюється. Тому температура шкіри оголених частин тіла набагато нижча, ніж одягнених.

Вологе, насичене водяними парами повітря характеризується високою теплопровідністю. Тому перебування людини в середовищі з високою вологістю за низької температури супроводжується посиленням тепловтрат організму. Вологий одяг також втрачає свої теплоізолюючі властивості.

4. Конвекція:

Конвекція- це спосіб тепловіддачі організму, що здійснюється шляхом перенесення тепла частинками повітря (води), що рухаються. Для розсіювання тепла конвекцією потрібно обтікання поверхні тіла потоком повітря з нижчою температурою ніж температура шкіри. При цьому шар, що контактує зі шкірою повітря, нагрівається, знижує свою щільність, піднімається і заміщається холоднішим і щільнішим повітрям. В умовах, коли температура повітря дорівнює 20 ° С, а відносна вологість - 40-60%, тіло дорослої людини розсіює в довкілля шляхом теплопроведення та конвекції близько 25-30% тепла (базисна конвекція). При збільшенні швидкості руху повітряних потоків (вітер, вентиляція) значно зростає інтенсивність тепловіддачі (форсована конвекція).

Суть процесу конвекції ось у чому- наше тіло нагріває повітря поблизу шкіри; нагріте повітря стає легшим за холодне і піднімається вгору, а його заміщає холодне повітря, яке знову нагрівається, стає легшим і витісняється наступною порцією холодного. Якщо нагріте повітря не захопити з допомогою одягу, цей процес буде нескінченним. Фактично нас гріє не одяг, а повітря, яке вона затримує.

Коли дме вітер, ситуація погіршується. Вітер несе великі порції ненагрітого повітря. Навіть коли ми одягаємо теплий светр, вітру нічого не варто вигнати з нього тепле повітря. Те саме відбувається, коли ми рухаємося. Наше тіло «врізається» у повітря, і воно тече довкола нас, діючи як вітер. Це також збільшує втрати тепла.

Яке рішення? Одягати вітрозахисний шар: вітровку і штани, що не продуваються. Не забувати про захист шиї та голови. Через активний кровообіг мозку, шия та голова – це найбільш нагріті ділянки тіла, тому втрати тепла від них дуже великі. Також, в холодну погоду потрібно уникати місць, що продуваються як під час руху, так і при виборі місця для ночівлі.

Хімічна терморегуляція:

Хімічна терморегуляціятеплоутворення здійснюється рахунок зміни рівня обміну речовин (окислювальних процесів), викликаних мікровібрацією м'язів (коливаннями), що призводить до зміни утворення тепла в організмі.

Джерелом тепла в організмі є екзотермічні реакції окислення білків, жирів, вуглеводів, а також гідроліз АТФ (аденозинтрифосфат - це нуклеотид, який відіграє виключно важливу роль в обміні енергії та речовин в організмі; насамперед ця сполука відома як універсальне джерело енергії для всіх біохімічних) процесів, які у живих системах). При розщепленні поживних речовин частина звільненої енергії акумулюється в АТФ, частина розсіюється як тепла (первинна теплота - 65-70% енергії). При використанні макроергічних зв'язків молекул АТФчастина енергії йде на виконання корисної роботи, а частина розсіюється (вторинна теплота). Таким чином, два потоки теплоти – первинної та вторинної – є теплопродукцією.

Хімічна терморегуляція має важливе значення для підтримки сталості температури тіла як у нормальних умовах, так і за зміни температури навколишнього середовища. У людини посилення теплоутворення внаслідок збільшення інтенсивності обміну речовин відзначається, зокрема, тоді, коли температура навколишнього середовища стає нижчою за оптимальну температуру, або зони комфорту. Для людини у звичайному легкому одязі ця зона знаходиться в межах 18-20 ° С, а для оголеного дорівнює 28 ° С.

Оптимальна температура під час перебування у воді є вищою, ніж на повітрі. Це зумовлено тим, що вода, що має високу теплоємність і теплопровідність, охолоджує тіло в 14 разів сильніше, ніж повітря, тому в прохолодній ванні обмін речовин підвищується значно більше, ніж під час перебування на повітрі при тій же температурі.

Найбільш інтенсивне теплоутворення в організмі відбувається у м'язах. Навіть якщо людина лежить нерухомо, але з напруженою мускулатурою, інтенсивність окислювальних процесів, а водночас і теплоутворення, підвищуються на 10%. Невелика рухова активність веде до підвищення теплоутворення на 50-80%, а важка м'язова робота - 400-500%.

У хімічній терморегуляції значної ролі грають також печінку та нирки. Температура крові печінкової вени вища за температуру крові печінкової артерії, що вказує на інтенсивне теплоутворення в цьому органі. При охолодженні тіла теплопродукція у печінці зростає.

При необхідності підвищити теплопродукцію, окрім можливості отримання тепла ззовні, в організмі використовуються механізми, що збільшують виробництво теплової енергії. До таких механізмів належать скорочувальнийі нескорочувальний термогенез.

1. Короткий термогенез.

Цей вид терморегуляції працює, якщо нам холодно і потрібно підняти температуру тіла. Полягає цей метод у скорочення м'язів. При скороченні м'язів зростає гідроліз АТФ, тому зростає потік вторинної теплоти, що йде зігрівання тіла.

Довільна активність м'язового апарату в основному виникає під впливом кори великих півкуль. При цьому підвищення теплопродукції можливе у 3-5 разів у порівнянні з величиною основного обміну.

Зазвичай при зниженні температури середовища та температури крові першою реакцією є збільшення терморегуляційного тонусу(волосся на тілі «встає дибки», з'являються «мурашки»). З точки зору механіки скорочення, цей тонус є мікровібрацією і дозволяє збільшити теплопродукцію на 25-40% від вихідного рівня. Зазвичай у створенні тонусу беруть участь м'язи шиї, голови, тулуба та кінцівок.

При більш значному переохолодженні терморегуляційний тонус перетворюється на особливий вид м'язових скорочень. м'язове холодове тремтінняХолодове тремтіння являє собою мимовільну ритмічну активність поверхнево розташованих м'язів, в результаті чого значно посилюються обмінні процеси організму, збільшується споживання кисню і вуглеводів м'язовою тканиною, підвищення теплоутворення. Тремтіння починається часто з м'язів шиї, обличчя. Це пояснюється тим, що перш за все повинна підвищитися температура крові, яка тече до головного мозку. Вважається, що теплопродукція при холодовому тремтіння в 2-3 рази вище, ніж при довільній м'язовій діяльності.

Описаний механізм працює на рефлекторному рівні, без нашої свідомості. Але підняти температуру тіла можна і за допомогою свідомої рухової активності. При виконанні фізичного навантаження різної потужності теплопродукція зростає у 5-15 разів у порівнянні з рівнем спокою. Температура ядра протягом перших 15-30 хвилин тривалої роботи досить швидко підвищується відносно стаціонарного рівня, а потім зберігається на цьому рівні або продовжує повільно підвищуватися.

2. Нескоротний термогенез:

Цей вид терморегуляції може призводити до підвищення, і до зниження температури тіла. Він здійснюється шляхом прискорення чи уповільнення катаболічних процесів обміну речовин (окислення жирних кислот). А це, у свою чергу, призводитиме до зниження або збільшення теплопродукції. За рахунок цього термогенезу рівень теплопродукції в людини може зрости в 3 рази в порівнянні з рівнем основного обміну.

Регуляція процесів нескоротливого термогенезу здійснюється шляхом активації симпатичної нервової системи, продукції гормонів щитовидної та мозкового шару надниркових залоз.

Е. Управління терморегуляцією.

Гіпоталамус.

Система терморегуляції складається з низки елементів із взаємозалежними функціями. Інформація про температуру надходить від терморецепторів та за допомогою нервової системи потрапляє в мозок.

Основну роль у терморегуляції відіграє гіпоталамус. У ньому розташовані основні центри терморегуляції, які координують численні та складні процеси, що забезпечують збереження температури тіла на постійному рівні.

Гіпоталамус- це невелика область у проміжному мозку, що включає в себе велике числогруп клітин (понад 30 ядер), які регулюють нейроендокринну діяльність мозку та гомеостаз (здатність зберігати постійність свого внутрішнього стану) організму. Гіпоталамус пов'язаний нервовими шляхами практично з усіма відділами центральної нервової системи, включаючи кору, гіпокамп, мигдалик, мозок, стовбур мозку та спинний мозок. Разом з гіпофізом гіпоталамус утворює гіпоталамо-гіпофізарну систему, в якій гіпоталамус керує виділенням гормонів гіпофіза і є центральною сполучною ланкою між нервовою та ендокринною системою. Він виділяє гормони та нейропептиди, і регулює такі функції як відчуття голоду та спраги, терморегуляція організму, статева поведінка, сон та неспання (циркадні ритми). Дослідження останніх роківпоказують, що гіпоталамус відіграє важливу роль і в регуляції вищих функцій, таких як пам'ять та емоційний стан, і цим бере участь у формуванні різних аспектів поведінки.

Руйнування центрів гіпоталамуса чи порушення нервових зв'язків веде до втрати здатності регулювати температуру тіла.

У передньому гіпоталамусі розташовані нейрони, що керують процесами тепловіддачі.(Вони забезпечують фізичну терморегуляцію - звуження судин, потовиділення). При руйнуванні нейронів переднього гіпоталамуса організм погано переносить високі температури, але фізіологічна активність в умовах холоду зберігається.

Нейрони заднього гіпоталамуса керують процесами теплоутворення(Вони забезпечують хімічну терморегуляцію - посилення теплоутворення, м'язове тремтіння). При їх пошкодженні порушується здатність до посилення енергообміну, тому організм погано переносить холод.

Термочутливі нервові клітини преоптичної області гіпоталамуса безпосередньо «вимірюють» температуру артеріальної крові, що протікає через мозок, і мають високу чутливість до температурних змін (спроможні розрізняти різницю температури крові в 0,011°С). Ставлення холодо- та теплочутливих нейронів у гіпоталамусі становить 1:6, тому центральні терморецептори переважно активуються при підвищенні температури ядра тіла людини.

На основі аналізу та інтеграції інформації про значення температури крові та периферичних тканин, у преоптичній ділянці гіпоталамуса безперервно визначається середнє (інтегральне) значення температури тіла. Ці дані передаються через вставні нейрони в групу нейронів переднього відділу гіпоталамуса, що задають в організмі певний рівень температури тіла - "точку встановлення" терморегуляції. На основі аналізу та порівнянь значень середньої температури тіла та заданої величини температури, що підлягає регулюванню, механізми «установочної точки» через ефекторні нейрони заднього гіпоталамуса впливають на процеси тепловіддачі або теплопродукції, щоб привести у відповідність фактичну та задану температуру.

Таким чином, за рахунок функції центру терморегуляції встановлюється рівновага між теплопродукцією та тепловіддачею, що дозволяє підтримувати температуру тіла в оптимальних для життєдіяльності організму межах.

Ендокринна система.

Гіпоталамус управляє процесами теплопродукції та тепловіддачі, посилаючи нервові імпульси до залоз внутрішньої секреції, головним чином щитовидної, та надниркових залоз.

Участь щитовидної залозиу терморегуляції зумовлено тим, що вплив зниженої температури призводить до посиленого виділення її гормонів (тироксин, трийодтиронін), що прискорюють обмін речовин і, отже, теплоутворення.

Роль надниркових залозпов'язана з виділенням ними в кров катехоламінів (адреналін, норадреналін, дофамін), які, посилюючи або зменшуючи окислювальні процеси в тканинах (наприклад, м'язової), збільшують або зменшують теплопродукцію та звужують або збільшують шкірні судини, змінюючи рівень тепловіддачі.

Терморегуляція пов'язана з механізмами регулювання рівня теплопродукції (хімічне регулювання) та тепловіддачі (фізичне регулювання). Баланс теплопродукції та тепловіддачі контролюється гіпоталамусом, що інтегрує сенсорні, вегетативні, емоційні та моторні компоненти адаптивної поведінки.

Сприйняття температури здійснюється рецепторними утвореннями поверхні тіла (шкірними рецепторами) та глибинними температурними рецепторами у дихальних шляхах, судинах, внутрішніх органах, у міжм'язових нервових сплетеннях ШКТ. Аферентними нервами імпульси від цих рецепторів надходять до центру терморегуляції в гіпоталамусі. Він активує різні механізми, що забезпечують теплопродукцію або тепловіддачу. Механізм зворотного зв'язку за участю нервової системи та кровотік змінюють чутливість температурних рецепторів (рис. 15.4, 15.5). Термочутливі утворення розташовані також у різних областяхЦНС - у моторній корі, в гіпоталамусі, в області стовбура мозку (ретикулярної формації, довгастому мозку) та спинному мозку.

У гіпоталамусі, який іноді називають «термостатом організму», існує не тільки центр, що інтегрує різні сенсорні імпульси, пов'язані з інформацією про те-

Мал. 15.4.

ловому балансі організму, а й центр регуляції рухових реакцій, контролюючих зміни температурного режиму. Після порушення функцій гіпоталамусу здатність до регуляції температури тіла втрачається.

З переднім гіпоталамусом пов'язаний контроль регуляції тепловіддачі для запобігання перегріванню - його нейрони чутливі до температури крові, що протікає. При порушенні роботи цього центру зберігається контроль за температурою тіла в холодному середовищі, але у спеку він відсутній і температура тіла значно підвищується.

Інший центр терморегуляції, розташований у задньому гіпоталамусі, контролює величину теплопродукції.


Мал. 15.5.Участь нервової системи в терморегуляції і тим самим запобігає надмірному охолодженню. Порушення роботи цього центру знижує здатність до посилення енергетичного обміну в холодному середовищі і температура тіла падає.

Передача тепла з внутрішніх областей тіла до кінцівок внаслідок зміни об'єму кровотоку є важливим засобом регулювання тепловіддачі через вазомоторні реакції. Кінцівки витримують набагато більший діапазон температур, ніж внутрішні області тіла, і утворюють прекрасні температурні віддушини, тобто. місця, які можуть забезпечити втрату більших чи менших кількостей тепла залежно від припливу тепла із внутрішніх областей тіла через кровотік.

Терморегуляція пов'язана із симпатичною нервовою системою (див. рис. 15.5). Нею регулюється тонус судин; в результаті приплив крові до шкірних покривів змінюється (див. гл. 4). Розширення підшкірних судин супроводжується уповільненням кровотоку в них та посиленням тепловіддачі (рис. 15.6). При сильній спеці різко збільшується приплив крові до шкіри кінцівок, і надлишок тепла розсіюється. Близькість вен до шкірної поверхні збільшує охолодження крові, яка повертається до внутрішніх областей тіла.

При охолодженні судини звужуються, знижується приплив крові на периферію. У людини в міру проходження крові великим судинами рук і йог її температура падає. Охолоджена венозна кров, повертаючись всередину тіла по судинах, що розташовані поблизу артерій, захоплює велику


Мал. 15.6.Реакція поверхневих судин шкіри на холод. (а)та спеку - розширення (б)

частку тепла, що віддається артеріальній крові. Така система називається протиточним теплообміном.Вона сприяє поверненню великої кількості тепла до внутрішніх областей тіла після проходження крові через кінцівки. Сумарний ефект такої системи – зниження тепловіддачі. При температурі повітря, близької до нуля, така система не вигідна, тому що в результаті інтенсивного теплообміну між артеріальною та венозною кров'ю температура пальців на руках і ногах може значно знизитися, що може стати причиною обмороження.

Основне джерело теплопродукції пов'язане з м'язовими скороченнями, які перебувають під довільним контролем. Іншим видом посилення теплопродукції в організмі може бути м'язове тремтіння - реакція на холод. Невеликий рух м'язів під час тремтіння підвищує ефективність теплопродукції. При тремтіння ритмічно і одночасно з великою частотою скорочуються згиначі і розгиначі кінцівок і жувальні м'язи. Частота та сила скорочення можуть варіювати. Тремтіння генерується тільки в тому випадку, якщо зазначені м'язи не залучені в інший вид діяльності. Вона може бути подолана довільною м'язовою роботою. Довільні рухи, наприклад ходьба, пов'язані з м'язовим скороченням, яке долає тремтіння. І тремтіння, і ходьба супроводжуються утворенням тепла. Нейрони заднього гіпоталамуса впливають на частоту та силу м'язових скорочень при тремтіння. До цього центру надходять імпульси від центру терморегуляції в передньому гіпоталамусі та від рецепторів м'язів. Імпульси від головного мозку надходять до всіх рівнів спинного мозку, де виникають ритмічні сигнали, що викликають у м'язах тремтіння.

Крім того, теплова енергіяутворюється при розщепленні жирів, запасених у жировій тканині. Найбільш ефективний у цьому сенсі бурий жир, розташований у новонароджених дітей між лопатками та за грудиною. Протягом кількох днів після народження теплопродукція, яку забезпечують клітини бурого жиру, – головна реакція на холод. Пізніше у дітей такою реакцією стає тремтіння. Бурий жир у великій кількості зустрічається у тварин, яким властива зимова сплячка. Розщеплення жиру з білої жирової тканини є менш ефективним. Білий жир сприяє не освіті, а збереженню тепла.

Механізми тепловіддачі організму в умовах холоду та тепла.

Механізми тепловіддачі організму в умовах холоду та тепла: а) перерозподіл крові між судинами внутрішніх органів та судинами поверхні шкіри; б) перерозподіл крові у судинах шкіри.

Фізична терморегуляція виникла більш пізніх етапах еволюції. Її механізми не торкаються процесів клітинного обміну. Механізми фізичної терморегуляції включаються рефлекторно і мають як будь-який рефлекторний механізм три основні компоненти. По-перше, це рецептори, що сприймають зміну температури всередині організму чи навколишнього середовища. Друга ланка – це центр терморегуляції. Третя ланка – ефектори, які змінюють процеси тепловіддачі, зберігаючи температуру тіла на постійному рівні. В організмі, крім потової залози, немає власних ефекторів рефлекторного механізму фізичної терморегуляції.

Значення фізичної терморегуляції

Фізична терморегуляція – це регуляція тепловіддачі. Її механізми забезпечують підтримку температури тіла на постійному рівні як за умов, коли організму загрожує перегрів, і при охолодженні.

Фізична терморегуляція здійснюється за допомогою змін віддачі тепла організмом. Особливо важливого значення вона набуває у підтримці сталості температури тіла під час перебування організму за умов підвищеної температури довкілля.

Тепловіддача здійснюється шляхом тепловипромінювання (радіаційна тепловіддача), конвекції, тобто руху і перемішування повітря, що нагрівається тілом, теплопроведення, тобто. віддачі тепла речовиною, що стикається з поверхнею тіла. Характер віддачі тепла тілом змінюється залежно від інтенсивності обміну речовин.

Втраті тепла перешкоджає той шар нерухомого повітря, що знаходиться між одягом та шкірою, оскільки повітря поганий провідник тепла. Значною мірою перешкоджає тепловіддачі шар підшкірної жирової клітковини у зв'язку з малою теплопровідністю жиру.

Регуляція температури

Температура шкіри, а отже інтенсивність тепловипромінювання та теплопроведення можуть змінюватися в холодних або спекотних умовах зовнішнього середовища внаслідок перерозподілу крові в судинах та зміні об'єму циркулюючої крові.

На холоді кровоносні судини шкіри, переважно артеріоли, звужуються; більша кількість крові надходить у судини черевної порожнини і тим самим обмежується тепловіддача. Поверхневі шари шкіри, отримуючи менше теплої крові, випромінюють менше тепла, тому тепловіддача зменшується. Крім того, при сильному охолодженні шкіри відбувається відкриття артеріовенозних анастомозів, що зменшує кількість крові, що надходить до капілярів, і тим самим перешкоджає тепловіддачі.

Перерозподіл крові, що відбувається на холоді, - зменшення кількості крові, що циркулює через поверхневі судини, та збільшення кількості крові, що проходить через судини внутрішніх органів, - сприяє збереженню тепла у внутрішніх органах, температура яких підтримується на постійному рівні.

При підвищенні температури навколишнього середовища судини шкіри розширюються, кількість крові, що в них циркулює, збільшується. Зростає також обсяг циркулюючої крові у всьому організмі внаслідок переходу води з тканин у судини, а також тому, що селезінка та інші кров'яні депо викидають до загального кровообігу додаткову кількість крові. Збільшення кількості крові, що циркулює через судини поверхні тіла, сприяє тепловіддачі за допомогою радіації та конвекції. Для збереження сталості температури тіла за високих температур навколишнього середовища має значення і потовиділення, що відбувається за рахунок тепловіддачі в процесі випаровування води.


Температура тіла людини та вищих тварин підтримується на відносно постійному рівні, незважаючи на коливання температури навколишнього середовища. Ця сталість температури тіла зветься ізотермії.

Ізотермія властива тільки так званим гомойотермним або теплокровним тваринам. Ізотермія відсутня у пойкілотермних або холоднокровних тварин, температура тіла яких змінна і мало відрізняється від температури навколишнього середовища.

Ізотермія у розвитку організму розвивається поступово. У новонародженої дитини здатність підтримувати сталість температури тіла слабка. Внаслідок цього може наступити охолодження (гіпотермія) або перегрівання (гіпертермія) організму за таких температур навколишнього середовища, які не впливають на дорослу людину. Крім того, навіть невелика м'язова робота, наприклад, пов'язана з тривалим криком дитини, може підвищити температуру тіла.

Температура - одне із найважливіших чинників, визначальних швидкість і напрям хімічних реакцій. Суть обміну речовин – головної та невід'ємної ознаки життя – хімічні ферментативні реакції. Тому температура – ​​одна з найважливіших констант організму, яка підтримується на строго постійному рівні. Температура органів і тканин, як і всього організму загалом, залежить від інтенсивності теплопродукції та від величини тепловіддачі.

Теплопродукція відбувається внаслідок екзотермічних реакцій, що безперервно відбуваються. Ці реакції протікають у всіх органах та тканинах з різним ступенем інтенсивності. У тканинах і органах, які здійснюють активну роботу - у м'язовій тканині, печінці, нирках, виділяється більша кількість тепла, ніж менш активних - сполучної тканини, кістках, хрящах.

Тепловіддача - віддача тепла у навколишнє середовище, вона йде постійно та одночасно з процесом теплопродукції.

Втрата тепла здійснюється кількома шляхами. Як будь-яке нагріте тіло, організм віддає тепло шляхом випромінювання. В умовах, коли температура навколишнього середовища нижча за температуру тіла, відбувається віддача тепла шляхом конвекції - нагріванням повітря або предметів, з якими тіло стикається. Зрештою, тепловіддача здійснюється шляхом випаровування води - поту з поверхні тіла. Частина тепла втрачається з повітрям, що видихається, сечею і калом.

Температура різних органів різна. Так, печінка, розташована глибоко всередині тіла і дає велику теплопродукцію, має у людини більш високу та постійну температуру (37,8-38°С) порівняно зі шкірою, температура якої значно нижча (на вкритих одягом ділянках 29,5-33, 9°С) і більшою мірою залежить від навколишнього середовища. У цьому різні ділянки шкірної поверхні мають різну температуру. Зазвичай температура шкіри тулуба і голови (33-34 ° С) вище температури кінцівок. Зі викладеного слід, що поняття «постійна температура тіла» є умовним. Найкраще середню температуру організму як цілого характеризує температура крові в найбільших судинах, тому що циркулююча в них кров нагрівається в активних тканинах (тим самим охолоджуючи їх) та охолоджується в шкірі (одночасно зігріваючи її).

Про температуру тіла людини судять зазвичай на підставі її вимірювання в пахвовій западині. Тут температура у здорової людинидорівнює 36,5-3,9°С. У клініці часто (особливо у грудних дітей) вимірюють температуру в прямій кишці, де вона вища, ніж у пахвовій западині, і дорівнює температурі у здорової людини в середньому 37,2-37,5°С.

Температура тіла залишається постійної, а коливається протягом доби не більше 0,5-0,7°С. Спокій та сон знижують температуру, м'язова діяльність підвищує її. Максимальна температура тіла спостерігається о 4-6 годині вечора, мінімальна - о 3-4 годині ранку.

Постійність температури тіла в людини може зберігатися за умови рівності теплопродукції та тепловіддачі всього організму. Це досягається за допомогою фізіологічних механізмів терморегуляції. Терморегуляція проявляється у формі взаємопоєднання процесів теплопродукції та тепловіддачі, що регулюються нервово-ендокринним шляхом. Терморегуляцію прийнято розділяти на хімічну та фізичну.

Хімічна терморегуляція здійснюється шляхом зміни рівня теплоутворення, тобто. посилення чи ослаблення інтенсивності обміну речовин у клітинах організму. Фізична терморегуляція здійснюється шляхом зміни інтенсивності тепла.

Збільшення продукції тепла при скорочувальному термогонез відбувається за рахунок збільшення активності м'язової тканини. При скороченні скелетних довільних м'язів вироблення тепла зростає. Існує особливий вид м'язових скорочень - м'язове тремтіння, при якому м'язи не роблять корисної роботи і їх скорочення спрямоване виключно на вироблення тепла.

При нескоротливому термогенезі змінюється перебіг хімічних реакцій. Не вся енергія, що звільняється в процесах дисиміляції, полягає в молекули АТФ. Число синтезованих молекул АТФ зменшується, т.к. частина енергії відразу перетворюється на тепло. Організм зігрівається, та його робочі можливості зменшуються. Хімічна терморегуляція, що ґрунтується на зміні обміну речовин, - надто дорога ціна для підтримки температури тіла на постійному рівні.

Хімічна терморегуляція має важливе значення для підтримки сталості температури тіла, як у нормальних умовах, так і за зміни температури навколишнього середовища. Механізми хімічної терморегуляції включаються тоді, коли органам піддається тривалому та сильному охолодженню.

У людини відзначається посилення теплопродукції внаслідок збільшення інтенсивності обміну речовин, якщо температура навколишнього середовища стає нижчою за оптимальну температуру або зону комфорту. При звичайному легкому одязі ця зона знаходиться в межах 18-20 ° С, а для оголеної людини - 28 ° С.

Найбільш інтенсивна теплопродукція в організмі відбувається у м'язах. Навіть якщо людина лежить нерухомо, але з напруженою мускулатурою, окислювальні процеси, а водночас і теплопродукція підвищуються на 10%. Невелика рухова активність веде до підвищення теплоутворення на 50-80%, а важка м'язова робота - на 400-500%.

В умовах холоду теплоутворення у м'язах збільшується, навіть якщо людина перебуває у нерухомому стані. Це пов'язано з тим, що охолодження поверхні тіла, діючи на рецептори, які сприймають холодове подразнення, рефлекторно зумовлює безладні мимовільні скорочення м'язів, які у вигляді тремтіння (озноб). При цьому обмінні процеси організму значно посилюються, збільшується споживання кисню та вуглеводів м'язовою тканиною, що тягне за собою підвищення теплопродукції.

У хімічній терморегуляції, окрім м'язів, значну роль відіграють печінка та нирки.

Звільнення енергії в організмі відбувається за рахунок окислювального розпаду білків, жирів та вуглеводів. Тому всі механізми, що регулюють окислювальні процеси, регулюють і теплопродукцію.

Фізична терморегуляція виникла більш пізніх етапах еволюції. Її механізми не торкаються процесів клітинного обміну. Механізми фізичної терморегуляції включаються рефлекторно і мають як будь-який рефлекторний механізм три основні компоненти. По-перше, це рецептори, що сприймають зміну температури всередині організму чи навколишнього середовища. Друга ланка – це центр терморегуляції. Третя ланка – ефектори, які змінюють процеси тепловіддачі, зберігаючи температуру тіла на постійному рівні. В організмі, крім потової залози, немає власних ефекторів рефлекторного механізму фізичної терморегуляції.

Фізична терморегуляція – це регуляція тепловіддачі. Її механізми забезпечують підтримку температури тіла на постійному рівні як за умов, коли організму загрожує перегрів, і при охолодженні.

Фізична терморегуляція здійснюється шляхом зміни віддачі тепла організмом. Особливо важливого значення вона набуває у підтримці сталості температури тіла під час перебування організму за умов підвищеної температури довкілля.

Тепловіддача здійснюється шляхом тепловипромінювання (радіаційна тепловіддача), конвекції, тобто руху і перемішування повітря, що нагрівається тілом, теплопроведення, тобто. віддачі тепла речовиною, що стикається з поверхнею тіла. Характер віддачі тепла тілом змінюється залежно від інтенсивності обміну речовин.

Втраті тепла перешкоджає той шар нерухомого повітря, що знаходиться між одягом та шкірою, оскільки повітря поганий провідник тепла. Значною мірою перешкоджає тепловіддачі шар підшкірної жирової клітковини у зв'язку з малою теплопровідністю жиру.

Температура шкіри, а отже інтенсивність тепловипромінювання та теплопроведення можуть змінюватися в холодних або спекотних умовах зовнішнього середовища внаслідок перерозподілу крові в судинах та зміні об'єму циркулюючої крові.

На холоді кровоносні судини шкіри, переважно артеріоли, звужуються; більша кількість крові надходить у судини черевної порожнини і тим самим обмежується тепловіддача. Поверхневі шари шкіри, отримуючи менше теплої крові, випромінюють менше тепла, тому зменшується тепловіддача. Крім того, при сильному охолодженні шкіри відбувається відкриття артеріовенозних анастомозів, що зменшує кількість крові, що надходить до капілярів, і тим самим перешкоджає тепловіддачі.

Перерозподіл крові, що відбувається на холоді, – зменшення кількості крові, що циркулює через поверхневі судини, та збільшення кількості крові, що проходить через судини внутрішніх органів, – сприяє збереженню тепла у внутрішніх органах, температура яких підтримується на постійному рівні.

При підвищенні температури навколишнього середовища судини шкіри розширюються, кількість крові, що в них циркулює, збільшується. Зростає також обсяг циркулюючої крові у всьому організмі внаслідок переходу води з тканин у судини, а також тому, що селезінка та інші кров'яні депо викидають до загального кровообігу додаткову кількість крові. Збільшення кількості крові, що циркулює через судини поверхні тіла, сприяє тепловіддачі за допомогою радіації та конвекції. Для збереження сталості температури тіла за високих температур навколишнього середовища має значення і потовиділення, що відбувається за рахунок тепловіддачі в процесі випаровування води.

Регуляторні реакції, що забезпечують збереження сталості температури тіла, є складними рефлекторними актами, які виникають у відповідь на температурне подразнення рецепторів.

Рецептори, з яких запускаються рефлекторні механізми хімічної та фізичної терморегуляції, поділяються на рецептори, що реагують на тепло та холод, або теплові та холодові терморецептори. Вони розташовуються як на поверхні, так і всередині тіла. З поверхневих особливо важливі терморецептори шкіри, з внутрішніх – терморецептори гіпоталамуса.

Центральний механізм системи терморегуляції складається з низки відділів центральної нервової системи, починаючи від спинного мозку до кори великих півкуль головного мозку включно. Її головний відділрозташований у гіпоталамусі та підрозділяється на центр теплопродукції та центр тепловіддачі. Імпульси з гіпоталамуса надходять по низхідних шляхах до центрів вегетативної нервової системи, розташованим у довгастому і спинному мозку, або до нейронів, що іннервують поперечно-смугасті м'язи. Потім по вегетативних і соматичних нервах інформація йде до ефекторів терморегуляції: м'язів, потових залоз, центрів дихальної та серцево-судинної систем, змінюючи їх функції на користь збереження або віддачі тіла. Завдяки зв'язкам структур гіпоталамуса та гіпофіза, центральні структури терморегуляції через залози внутрішньої секреції нейрогуморальним шляхом можуть впливати на інтенсивність обміну речовин у клітинах, збільшуючи теплопродукцію. Це, безперечно, рефлекторні механізми регуляції температури тіла. Тісні зв'язки гіпоталамічних центрів з корою головного мозку забезпечують умовно-рефлекторну регуляцію процесів терморегуляції, тонку пристосувальну зміну діяльності всіх органів, що беруть участь у терморегуляції у відповідь на різноманітні зміни довкілля.

Єдиним власним ефектором – виконавцем фізичної терморегуляції – є потова залоза. Потовиділення - найпотужніший фізіологічний механізм віддачі тепла, тобто. охолодження. Людина у спокійному стані втрачає шляхом випаровування вологи, що виділилася при потовиділенні, близько 20% тепла, а при м'язовій роботі – до 80%. Інтенсивність процесу випаровування залежить від багатьох факторів: стану організму, навколишньої температури, руху повітря та його вологості. Випаровування води - важливий фактор фізичної терморегуляції. Крім власного ефектора потової залози, воно здійснюється і виділенням води при диханні та випаровуванням її з поверхні дихальних шляхів. Таким чином, дихальна система – один із найважливіших ефекторів фізичної терморегуляції. Зміна частоти та глибини дихальних рухів – теплова задишка, що виникає в умовах впливу на організм високої температури, – важливий механізм терморегуляції у людини. Один із найважливіших ефекторів фізичної терморегуляції - серцево-судинна система, яка вирішує завдання як тепловіддачі, так і теплозбереження, і тому залучається до процесів терморегуляції та в умовах, що загрожують організму перегріванням та охолодженням. Тепло віддається в довкілля з поверхні тіла - шкіри, підшкірної жирової клітковини та частково прилеглих м'язів. Зміна діаметра судин цих органів призводить до перерозподілу кількості нагрітої циркулюючої крові. В умовах, коли тепловіддачу необхідно зменшити, відбувається звуження судин, кількість крові, що надходить до поверхні тіла, зменшується, і нагріта кров, проходячи через артеріовенозні анастомози, стікає в судини внутрішніх органів. Температура поверхні тіла знижується, і зменшується віддача тепла шляхом тепловипромінювання та конвекції. В умовах, що вимагають підвищення тепловіддачі, розширення судин призводить до збільшення припливу гарячої крові до поверхні тіла, і тепловіддача збільшується. Одночасно у умовах зростає і потовиділення.


Поділіться з друзями або збережіть для себе:

Завантаження...