Механізми теплопродукції і тепловіддачі. Процес терморегуляції у людини Які процеси лежать в основі терморегуляції

Якщо температура тіла перевищує температуру середовища, то тіло буде віддавати тепло в середу. Віддача тепла в навколишнє середовище здійснюється випромінюванням, Теплопроведение, конвекцією і випаровуванням.

Підвищення температури середовища вище температури тіла призводить до приросту температури тіла за рахунок випромінювання і проведення. У цих умовах звільнення від надлишків тепла і охолодження здійснюються тільки потоіспареніем. Рух повітря близько шкіри підсилює швидкість випаровування і тим самим збільшує ефективність втрати тепла (охолоджуючий ефект вентилятора).

Фізична терморегуляція (тепловіддача.) Якщо температура тіла перевищує температуру середовища, то тіло буде віддавати тепло в середу. Віддача тепла в навколишнє середовище здійснюється випромінюванням, Теплопроведение, конвекцією і випаровуванням.

випромінювання. Оголений чоловік в умовах кімнатної температури втрачає близько 60% від віддається тепла за допомогою випромінювання інфрачервоних хвиль довжиною від 760 нм.

Конвекція (15% віддається тепла) - втрата тепла шляхом перенесення рухомими частинками повітря або води. Кількість тепла, що втрачається конвекційним способом, зростає зі збільшенням швидкості руху повітря (вентилятор, вітер). У воді величина віддачі тепла шляхом проведення і конвекції в багато разів більше, ніж на повітрі.

проведення - контактна передача тепла ( 3% віддається тепла) при зіткненні поверхні тіла з будь-якими фізичними тілами (стілець, підлога, подушка, одяг і ін.).

Випромінювання, конвекція і проведення відбуваються, коли температура тіла вище температури навколишнього середовища . Якщо температура поверхні тіла дорівнює або нижче температури навколишнього середовища, то ці способи втрати тепла організмом стають неефективними. Наприклад, в звичайних умовах Теплопроведение грає невелику роль, тому що повітря і одяг погано проводять тепло.

випаровування - необхідний механізм виділення тепла при високих температурах. Випаровування води з поверхні тіла призводить до втрати 2,43 кДж (0,58 ккал) тепла на кожен грам води, що випарувалася.

невідчутне випаровування - результат безперервної дифузії молекул води через шкіру і дихальні поверхні, воно не контролюється системою температурної регуляції Навіть без видимого потовиділення вода випаровується з поверхні шкіри і легенів в межах від 700 - 850 мл води в день(300 - 350 мл - з поверхні легенів, 400 - 500 мл - з поверхні шкіри) , Викликаючи втрату тепла порядку 12-16 ккал / год.

Інтенсивність процесу залежить від відносної вологості середовища : В насиченому водяними парами повітрі випаровування не відбувається. Тому в лазні піт виділяється у великій кількості, але не випаровується і стікає з поверхні шкіри - неефективне потовиділення .

При важкій фізичній роботі в умовах високої температури середовища перебування потовиділення може досягати 10-12 л / сут.Після важкої м'язової навантаження шляхом випаровування віддається 75% тепла, радіації - 12%, конвекції 13% (Для порівняння: в спокої при 20 0 З – частка радіації становить 66%, випаровування - 19%, конвекції - 15%).

Разом з потом губиться велика кількість солей (в першу чергу - хлористого натрію) і вітаміну С. У зв'язку з цим, норми споживання даних речовин повинні бути значно розширені в раціоні людей, які працюють в гарячих цехах і в умовах жаркого клімату.

В тепловіддачі беруть участь шкіра, слизові, легкі, серцево-судинна і видільна системи .

Особливо важливу роль в процесах тепловіддачі відіграє стан шкірних судин, а також частота серцевих скорочень і дихання.

Серцево-судинна система впливає на інтенсивність тепловіддачі за рахунок перерозподілу крові в судинах і зміни об'єму циркулюючої крові.

на холоді кровоносні судини шкіри, в основному артеріоли, звужуються; відкриваються артеріовенозні анастомози. Це зменшує кількість крові в капілярах. В результаті підвищується термоізоляція організму і тепло зберігається за рахунок обмеження тепловіддачі. За рахунок перерозподілу крові збільшується об'ємна швидкість кровотоку у внутрішніх органах - це сприяє збереженню тепла в них - реакція теплоконсерваціі .

При підвищенні температури навколишнього середовища:

1) судини шкіри розширюються, кількість циркулюючої в них крові збільшується;

2) зростає обсяг циркулюючої крові за рахунок переходу води з тканин в судини і викиду крові з селезінки і інших кров'яних депо. В результаті збільшується тепловіддача шляхом радіації і конвекції.

Дихальна система - аналогічний результат виникає і при учащении дихання через виведення з організму більшої кількості нагрітого повітря. Особливо важливе значення має у непотеющіх тварин ( або позбавлених потових залоз, або мають густу шерсть, що утрудняє потовиділення) - собаки, кішки і ін. При підвищенні температури середовища у них розвивається теплова задишка - сильно прискорене, але вкрай поверхневе дихання. Збільшує випаровування води з слизової оболонки порожнини рота і верхніх дихальних шляхів.

тепловіддачі перешкоджають :

1) шар підшкірної жирової клітковини - в зв'язку з малою теплопровідністю жиру;

2) одяг - за рахунок того, що між нею і шкірою знаходиться шар нерухомого повітря, що є поганим провідником тепла (його температура досягає 30 0 С). Теплоізоляційні властивості одягу тим краще, чим більш мелкоячеистая її структура - вовняна і хутряна. Непроникна для повітря одяг (гумова) переноситься погано - шар повітря між нею і тілом швидко насичується водяними парами і випаровування припиняється.

3) зміна положення тіла : Коли холодно, тварини «згортаються в клубок», що зменшує поверхню тепловіддачі; коли жарко, навпаки, приймають положення, при якому вона зростає;

4) реакція шкірних м'язів - для людини має рудиментарні значення ( «гусяча шкіра»), у тварин змінює пористого вовняного покриву, в результаті чого теплоизолирующая роль вовни поліпшується.

Сталість температури тіла забезпечується спільною дією механізмів, що регулюють з одного боку, інтенсивність обміну речовин і залежне від нього теплоутворення (хімічна терморегуляція), а з іншого - тепловіддачу (фізична терморегуляція).

Таким чином, корисним пристосувальним результатом діяльності даної функціональної системи є сталість НЕ температури шкіри (температурної «оболонки»), а температури внутрішніх органів (температурного «ядра»)

ФУНКЦІОНАЛЬНА СИСТЕМА, забезпечує сталість ТЕМПЕРАТУРИ ТІЛА

1 ланка - корисний пристосувальний результат - підтримання температури тіла на постійному рівні.

2 ланка - рецептори . Терморецепція ведуть незалежні закінчення тонких сенсорних волокон типу А (дельта) і С.

(Регуляція сталості температури - це сложнорефлекторний акт, який наразі триває в результаті роздратування рецепторів шкіри, шкірних і підшкірних судин, а також ЦНС.)

3 ланка функціональної системи - нервовий центр

4 ланка функціональної системи – виконавчі органи. Температура тіла визначається визначається співвідношенням інтенсивності:

1) утворення тепла

2) віддачі тепла

МЕХАНІЗМИ терморегуляції

Нервові механізми терморегуляції в своїй основі мають рефлекторні дуги, до складу яких входять рецепторні освіти (теплові та холодові рецептори). За аферентним нервових волокнах імпульсація від рецепторного апарату досягає ряду основних центрів вегетативної регуляції, насамперед структур гіпоталамуса. Еферентної частиною рефлекторної дуги є симпатичні і парасимпатичні нервові волокна, що іннервують внутрішні органи, а також судини. Еферентна імпульсація здійснюється і по рухових соматичних волокон, що регулює діяльність скелетної мускулатури.

Локалізація і властивості терморецепторов.

периферичні терморецептори знаходяться в шкірі, підшкірних тканинах, шкірних і підшкірних судинах. Шкірні терморецептори представляють собою неінкапсулірованние нервові закінчення .

центральні терморецептори розташовані в медіальній преоптической області гіпоталамуса (центральні нейрони-термосенсори), ретикулярної формації середнього мозку, спинному мозку.)

Теплові та холодові рецептори в ЦНС реагують на зміну температури крові, притікає до нервових центрів. Помічено підвищення теплоутворення при охолодженні сонної артерії, що приносить кров до головного мозку.

Докази наявності центральних терморецепторів :

1 ) Занурення денервірованних задніх кінцівок собаки в холодну воду викликає тремтіння м'язів голови, передніх кінцівок, тулуба і збільшення теплоутворення. Це пов'язано з тим, що «холодна» кров дратує центральні терморецептори;

2)при охолодженні сонної артерії, що приносить кров до головного мозку , Розвиваються тремтіння і звуження судин шкіри, що призводить до підвищення теплоутворення і обмеження тепловіддачі відповідно.

Знайдено терморецептори в дихальних шляхах, в довгастому мозку і в руховій корі.

Таким чином, організм людини має подвійну систему контролю температури тіла: вплив зовнішнього середовища (теплове або холодовий) виявляється шкірними рецепторними утвореннями , Температура внутрішнього середовища реєструється терморецепторами внутрішніх органів і структур ЦНС.

Функціональна мобільність терморецепторов.Властивість терморецепторов шкіри змінювати свою чутливість до температурних впливів в залежності від зміни загального стану організму відображає універсальну властивість рецепторів, відкрите П.Г. Снякіним і який отримав назву «Функціональна мобільність рецепторів».

Крім того терморецептори поділяють на теплові та холодові .

X олодовие рецептори розташовуються в товщі шкіри, на глибині близько 0,17 мм, теплові рецептори - на глибині 0,3 мм . Загальна кількість точок поверхні шкіри, що сприймають холод, значно перевищує число точок, що сприймають тепло. Холодові і теплові рецептори розташовуються нерівномірно по шкірної поверхні. Є індивідуальні зони переважної локалізації теплових і холодових терморецепторів.

Серед периферичних терморецептори переважають холодові , серед центральних - теплові . При оптимальної для людини температурі навколишнього середовища терморецептори генерують розряди зі стаціонарної частотою. Зі зниженням температури навколишнього середовища частота імпульсації і холодових рецепторів зростає, теплових - знижується. Навпаки, при підвищенні навколишньої температури зростає частота імпульсації теплових рецепторів і знижується - холодових.

Частота імпульсів холодових рецепторів шкіри максимальна при температурі рівній 20-30 0 С, а для теплових рецепторів температура дорівнює 38-43 0 З . Відчуття гарячого - печіння - виникає при температурі вище 45 0 С і сприймається іншими рецепторами - горячева або рецепторами печіння (проре до полімодальний ноцицепторами і є проміжною ланкою між терморецепторами і ноцицепторами).

Роль нервових центрів.

Підтримка температури тіла на оптимальному для метаболізму рівні здійснюється за рахунок регулюючого впливу ЦНС. Вперше наявність в головному мозку центру, здатного змінювати температуру тіла, було виявлено в 80-х роках XIX в. К. Бернаром . Його досвід, який отримав назву «теплового уколу», полягав у наступному: в область проміжного мозку через отвір трепанації вводили електрод, що викликає роздратування даної області. Через 2-3 годин після введення електрода наступало стійке підвищення температури тіла тварини. У подальших дослідженнях було встановлено, що найважливіша роль у процесах терморегуляції належить гіпоталамусу.

Відповідно до сучасних уявлень, терморегуляція здійснюється розподіленою системою , Основною частиною якої є гипоталамический терморегуляціонний механізм

Експериментально було встановлено, що основні (головні) центри терморегуляції перебувають в гіпоталамусі (за рахунок них сприймаються зміни в навколишньому і внутрішньому середовищі). при руйнуванні гіпоталамуса - втрачається здатність регулювати температуру тіла і тварина стає пойкілотермним.. До нейронам гіпоталамічної області адресується і імпульсація, що виникає в терморецепторами внутрішніх органів і поверхні шкіри. Сенсорна інформація від терморецепторів поширюється по нервових волокнах типу А-дельта і через лемнісковой шляху до нейронам таламуса, а потім в гіпоталамус і сенсомоторную область кори великого мозку.

Відомо, що регуляція процесу теплоутворення (Хімічна терморегуляція) здійснюється діяльністю ядер задньої частини гіпоталамуса; процеси фізичної терморегуляції (Тепловіддачі) обумовлені ядрами переднього гіпоталамуса.Таким чином, в гіпоталамусі є два регулюючих центру: центр теплоутворення і центртеплоотдачі .

Центри тепловіддачі (передні ядра гіпоталамуса) - руйнування цих структур призводить до того, що тварини втрачають здатність підтримувати сталість температури тіла в умовах високої температури навколишнього середовища. Температура їх тіла при цьому починає зростати, тварини переходять в стан гіпертермії, причому гіпертермія може розвинутися навіть при кімнатній температурі.Роздратування цих структур через вживлені електроди електричним струмом викликає у тварин характерний синдром: задишку, розширення поверхневих судин шкіри, падіння температури тіла. Викликана попереднім охолодженням м'язове тремтіння у них припиняється.

Центри теплоутворення (латерально-дорсальний гіпоталамус) - їх руйнування призводить до того, що тварини втрачають здатність підтримувати сталість температури тіла в умовах низької температури навколишнього середовища. Температура їх тіла в цих умовах починає падати, і тварини переходять в стан гіпотермії. Електричне подразнення відповідних центрів гіпоталамуса викликає у тварин наступний синдром: 1) звуження поверхневих судин шкіри;

Регуляція температури полягає в узгодженні процесів теплопродукції (хімічна терморегуляція) і тепловіддачі (фізична терморегуляція).
Процеси теплопродукції. У всіх органах внаслідок процесів обміну речовин відбувається теплопродукція. Тому кров, яка відтікає від органів, як правило, має більш високу температуру, ніж та, що притікає. Але роль різних органів у теплопродукції різна. У стані спокою на печінку припадає близько 20% загальної теплопродукції, на інші внутрішні органи - 56%, на - 20%, при фізичному навантаженні на скелетні м'язи - до 90%, на внутрішні органи - тільки 8%.
Таким чином, потужним резервним джерелом теплопродукції є м'язи при їх скороченні. Зміна активності їх метаболізму при локомоціях - основний механізм теплопродукції. Серед різних локомоций можна виділити кілька етапів участі м'язів в теплопродукції.
1. терморегуляціонная тонус. При цьому м'язи не скорочуються. Підвищуються тільки їх тонус і метаболізм. Цей тонус виникає взагалі в м'язах шиї, тулуба і кінцівок. Внаслідок цього теплопродукція підвищується на 50-100%.
2. Тремтіння виникає несвідомо і полягає в періодичній активності високопорогових рухових одиниць на тлі теплорегуляційні тонусу. При тремтінні вся енергія спрямована лише на збільшення теплоутворення, в той час як при звичайних локомоціях частина енергії витрачається на переміщення відповідної кінцівки, а частина - на термогенез. При тремтінні теплопродукція підвищується в 2-3 рази. Тремтіння починається часто з м'язів шиї, обличчя. Це пояснюється тим, що перш за все повинен підвищитися температура крові, яка тече до головного мозку.
3. Довільні скорочення полягають у свідомому підвищенні скорочення м'язів. Це спостерігається в умовах низької зовнішньої температури, коли перших двох етапів мало. При довільних скороченнях теплопродукція може збільшитися в 10-20 разів.
Регуляція теплопродукції в м'язах довьязана з впливом а-мотонейронів на функцію і метаболізм / м'язів, в інших тканинах - симпатичної нервової системи і катехоламінів (підвищують інтенсивність метаболізму на 50%) і дією гормонів, особливо тироксину, який підвищує теплопродукції майже вдвічі.
Значна роль в термогенез ліпідів, які виділяють при гідролізі значно більше енергії (9,3 ккал / г), ніж вуглеводи (4,1 ккал / г). Особливе значення, зокрема у дітей, має бурий жир.
процеси тепловіддачі відбувається наступними шляхами - радіація, конвекція, випаровування і теплопровідність.
Радіація відбувається за допомогою інфрачервоного довгохвильового випромінювання. Для цього потрібен градієнт температур між теплою шкірою і холодними стінами і іншими предметами навколишнього середовища. Таким чином, величина радіації залежить від температури і поверхні шкіри.
Теплопровідність здійснюється при безпосередньому контакті тіла з предметами (стілець, ліжко і т.д.). При цьому швидкість передачі тепла від більш нагрітого тіла до менш нагрітого предмета визначається температурним градієнтом і їх термопровідністю. Віддача тепла цим шляхом значно (в 14 разів) збільшується при знаходженні людини в воді. Частково шляхом проведення тепло передається від внутрішніх органів до поверхні тіла. Але цей процес гальмується внаслідок низької теплопровідності жиру.
Конвекційний шлях. Повітря, що контактує з поверхнею тіла, при наявності градієнта температур нагрівається. При цьому воно стає більш легким і, піднімаючись від тіла, звільняє місце для нових порцій повітря. Таким чином воно забирає частину тепла. Інтенсивність природної конвекції може бути збільшена за рахунок додаткового руху повітря, зменшення перешкод при надходженні його до тіла (відповідним одягом).
Випаровування поту. При кімнатній температурі в роздягненою людини близько 20% тепла віддається за рахунок випаровування.
теплопровідність, Конвекція і випромінювання є пасивними шляхами тепловіддачі, засновані на законах фізики. Вони ефективні тільки при збереженні позитивного температурного градієнта. Чим менше різниця температури між тілом і навколишнім середовищем, тим менше тепла віддається. При однакових показниках або при високій температурі навколишнього середовища згадані шляху не тільки не ефективні, але при цьому відбувається нагрів тіла. У цих умовах в організмі спрацьовує тільки один механізм віддачі тепла, пов'язаний з процесами потовиділення і потовіпаровування. Тут використовуються як фізичні закономірності (витрати енергії на процес випаровування), так і біологічні (потовиділення). Охолодженню шкіри сприяє те, що для випаровування 1 мл поту витрачається 0,58 ккал. Якщо не відбувається
випаровування поту, то ефективність тепловіддачі різко знижується. М
Швидкість випаровування щоту залежить від градієнта температури і насичення водяною парою навколишнього повітря. Чим вище вологість, тим менш ефективним стає цей шлях тепловіддачі. Різко зменшується результативність тепловіддачі при перебуванні у воді або в щільному одязі. При цьому організм змушений компенсувати відсутність потовіпаровування за рахунок збільшення потовиділення.
Випаровування має два механізми: а) перспірація - без участі потових залоз б) випаровування - при активній участі потових залоз.
перспірація - випаровування води з поверхні легенів, слизових оболонок, шкіри, яка завжди волога. Це випаровування не регулюється, воно залежить від градієнта температур і вологості навколишнього повітря, його величина становить близько 600 мл / сут. Чим вище вологість, тим менш ефективний цей вид тепловіддачі.
Механізм секреції поту. Потових залоз складається з двох частин: власне залози, яка розташована в субдермальних шарі, і вивідних проток, що відкриваються на поверхні шкіри. У залозі утворюється первинний секрет, а в протоках завдяки реабсорбції формується вторинний секрет - піт.
Первинний секрет подібний плазми крові. Різниця полягає в тому, що в цьому секреті немає білків і глюкози, менше Na +. Так, в первісному поті концентрація натрію становить близько 144 нмоль / л, хлору - 104 нмоль / л. Ці іони активно абсорбуються при проходженні поту по вивідних протоках, що забезпечує абсорбцію води. Процес абсорбції багато в чому залежить від швидкості освіти і просування поту що ці процеси активні, тим більше Na + і Сl-залишається. При сильному потовиділенні в поту може залишатися до половини концентрації цих іонів. Сильне потоутворення супроводжується збільшенням концентрації сечовини (до 4 разів вище, ніж в плазмі) і калію (до 1,2 рази більше, ніж в плазмі). Сумарна висока концентрація іонів, утворюючи високий рівень осмотичного тиску, забезпечує зниження реабсорбції і виділення з потом великої кількості води.
При сильному потовиділенні може витрачатися багато NaCl (до 15-30 г / добу). Однак в організмі діють механізми, що забезпечують збереження цих важливих іонів при великому потовиділенні. Вони беруть участь в процесах адаптації, зокрема, альдостерон посилює реабсорбцію Na +.
Функції потових залоз регулюються особливими механізмами. На їх активність впливає симпатична нервова система, але медіатором тут ацетилхолін. Секреторні клітини, крім М-холінорецепторів, мають також адренорецептори, які реагують на катехоламіни кровГ. Активізація функції потових залоз супроводжується збільшенням її кровопостачання.
Кількість виділеного поту може досягати 1,5 л / год, а в адаптованих людей - до 3 л / год.
При кімнатній температурі в роздягненою людини близько 60% тепла віддається за рахунок радіації, близько 12-15% - конвекції повітря, близько 20% - випаровування, 2-5% - теплопровідності. Але це співвідношення залежить від ряду умов, зокрема від температури зовнішнього середовища.
Головну роль в регуляції процесів тепловіддачі відіграють зміни кровопостачання шкіри. Звуження судин шкіри, відкриття артеріовенозних анастомозів сприяє меншому припливу тепла від ядра до оболонки і збереженню його в організмі. Навпаки, при розширенні судин шкіри її температура може підвищуватися на 7-8 ° С. При цьому збільшується і тепловіддача.
Умовно шкіру можна назвати радіаторної системою організму. Кровотік в шкірі може змінюватися від 0 до 30% МОК. Тонус судин шкіри контролюється симпатичною нервовою системою.
Таким чином, температура тіла - баланс між процесами теплопродукції і тепловіддачі. Коли теплопродукція переважає над тепловіддачею, температура тіла підвищується і, навпаки, якщо тепловіддача вище, ніж теплопродукція, температура організму знижується.

Питання 1. Що таке терморегуляція?

Терморегуляція - сукупність фізіологічних процесів в організмі людини і теплокровних тварин, спрямованих на підтримку постійної температури тіла.

Питання 2. Чому терморегуляція необхідна організму?

Терморегуляція має важливе значення. При зниженні температури тіла відбувається посилення теплоутворення (при відхиленні від оптимальної температури). При охолодженні у людини, завдяки дії на холодові рецептори, з'являється тремтіння, яка представляє собою безладне мимовільне скорочення м'язів. Завдяки тремтіння підвищуються енергетичні витрати, що тягне за собою підвищення теплоутворення і відповідно температури тіла.

При підвищенні температури навколишнього середовища кровоносні судини шкіри розширюються, через них протікає більше крові, шкіра нагрівається, віддача тепла в навколишнє середовище збільшується.

Питання 3. Які механізми терморегуляції?

Кровоносні судини пронизують все наше тіло, проникаючи в м'язи, печінку та інші органи, де утворюється тепло. Кров в цих органах нагрівається і, перетікаючи по судинах в інші частини тіла, віддає частину свого тепла. Так кров розносить тепло по організму, як би вирівнюючи температуру всередині тіла.

Питання 4. Яка температура тіла людини?

І взимку і влітку температура на поверхні шкіри здорової людини становить 36,6 ° С, а природні коливання її не перевищують 2 ° С.

Питання 5. Як змінюється просвіт кровоносних судин при зміні температури повітря?

Коли температура навколишнього середовища стає високою, кровоносні судини шкіри розширюються, через них протікає більше крові, шкіра нагрівається, віддача тепла в навколишнє середовище збільшується. Якщо ж температура навколишнього повітря падає, організм прагне зберегти тепло. Просвіти кровоносних судин звужуються, віддача тепла зменшується.

Питання 6. Яку роль відіграє шкіра в процесі терморегуляції?

Через поверхню шкіри втрачається більше 80% тепла. При розширенні капілярів виділяється тепло, при звуженні - зберігається тепло. Виділення вологи з солями і сечовиною у вигляді поту. За цю функцію відповідає внутрішній шар шкіри - власне шкіра (дерма). Ось в цьому і полягає роль шкіри в процесі терморегуляції.

Питання 7. Що таке піт?

Пот - водний розчин солей і органічних речовин, що виділяється потовими залозами. Випаровування поту служить для терморегуляції у багатьох видів ссавців.

Питання 8. Як здійснюється потовиділення?

Потовиділення - процес виділення на шкірну поверхню рідкого секрету (поту) потовими залозами. У людини потовиділення здійснюється гл. обр. еккріннимі залозами, розташованими майже на всій шкірної поверхні, тоді як секреція апокрінних потових залоз скорочена.

У нормі потовиділення має рефлекторну природу. Початковим ланкою рефлексу потовиділення є терморецептори шкіри, внутрішніх органів і м'язів, адекватним роздратуванням для яких служить висока температура повітря, прийом гарячої або гострої їжі і рідин, підвищена теплопродукція при фізичних навантаженнях, лихоманці або емоційних переживаннях. Еферентні нерви, що іннервують потові залози, відносяться до симпатичної нервової системи, але мають холинергическую природу; секреція поту посилюється під дією ацетилхоліну і пригнічується атропіном.

У еферентної частини рефлекторної дуги потоотделітельного рефлексу можна виділити 5 рівнів: 1) шлях від кори мозку до гіпоталамусу; 2) від гіпоталамуса до довгастого мозку; 3) від довгастого мозку, частково перехрещуючись, волокна підходять до нейронам бічних рогів спинного мозку на рівні Th2-L2; 4) від нейронів бічних рогів спинного мозку до вузлів прикордонної симпатичної ланцюжка; 5) від нейронів симпатичної ланцюжка до потових залоз.

Питання 9. Що впливає на інтенсивність потовиділення?

На потовиділення впливає кілька причин. Це температура повітря, його рух і вологість.

ПОДУМАЙТЕ

Чому температура тіла людини не підвищується навіть в дуже жарку погоду?

У сильну спеку, коли температура тіла нижче температури ок-ружа середовища, розширення судин вже не може посилити от¬дачу тепла. У цьому випадку небезпека перегрівання усувається потовиділенням. Випаровуючись, піт поглинає з поверхні шкіри велику кількість тепла. Ось чому температура тіла людини не підвищується навіть в саму спекотну погоду. Людина могла б витримати температуру в 70-80 ° С, але при цьому у нього повинно виділитися 9-16 л поту за кілька годин.

Вступ

1. Гіпоталамус - ваш термостат

1.1 Проведення і конвекція

1.2 Радіація

1.3 Випаровування

2.1 Потові залози

2.2 Гладка м'яз, що оточує артеріоли

2.3 Кістякова м'яз

2.4 Залози внутрішньої секреції

3. Адаптація і терморегуляція

3.1 Адаптація до дії низької температури

3.1.1 Фізіологічні реакції на виконання вправ в умовах низької температури навколишнього середовищ

3.1.2 Метаболічні реакції

3.2 Адаптація до дії високої температури

3.3 Оцінка теплових подразнень

4. Механізми терморегуляції

Механізми, що регулюють температуру тіла аналогічні термостата, який регулює температуру повітря навколишнього середовища, хоча у них більш складний характер функціонування і більш висока точність. Чутливі нервові закінчення - терморецептори, - виявляють зміни температури тіла і передають цю інформацію в термостат організму - гіпоталамус. У відповідь на зміну імпульсації рецепторів гіпотоламуса активує механізми, що регулюють зігрівання або охолодження тіла. Подібно термостата гіпотоламуса має вихідний температурний рівень, який він намагається зберегти. Це - нормальна температура тіла. Найменше відхилення від цього рівня призводить до вступу сигналу в терморегуляторний центр, що знаходиться в гіпотоламуса, про необхідність корекції (рис. 1).

Зміна температури тіла сприймають два типи терморецепторів центральні і периферичні. Центральні рецептори знаходяться в гіпотоламуса і контролюють температуру крові, що омиває мозок. Вони дуже чутливі до щонайменших (від 0,01 ° С) змін температури крові. Зміна температури крові, що проходить через гіпотоламуса, пускає в хід рефлекси, які в залежності від потреби або зберігають, або віддають тепло.

Периферичні рецептори, локалізовані по всій поверхні шкіри, здійснюють контроль за навколишньої температури. Вони направляють інформацію в гіпотоламуса, а також в кору головного мозку, забезпечуючи свідоме сприйняття температури таким чином, що ви можете довільно контролювати перебування в умовах зниженої або підвищеної температури.

Щоб тіло віддало тепло навколишньому середовищу, утворене їм тепло повинно «мати доступ» до зовнішнього середовища. Тепло з глибини тіла (ядра) переміщається кров'ю до шкіри, звідки може перейти в навколишнє середовище завдяки одному з наступних чотирьох механізмів: проведення, конвекції, радіації і випаровуванню. (Рис. 2)

1.1 Проведення і конвекція

Проведення тепла являє собою передачу тепла від одного об'єкта до іншого внаслідок прямого молекулярного контакту. Наприклад, тепло, що утворюється в глибині тіла, може передаватися через сусідні тканини до тих пір, поки не досягне поверхні тіла. Потім воно може передаватися одязі або навколишньому повітрю. Якщо ж температура повітря вище, ніж температура поверхні шкіри, тепло повітря передається поверхні шкіри, підвищуючи її температуру.

Конвекція - передача тепла через рухомий потік повітря або рідини. Повітря навколо нас знаходиться в постійному русі. Циркулюючи навколо нашого тіла, торкаючись поверхні шкіри, повітря забирає молекули, які отримали тепло в результаті контакту зі шкірою. Чим сильніше рух повітря, тим вище інтенсивність тепловіддачі внаслідок конвекції. У поєднанні з проведенням конвекція також може забезпечити підвищення температури тіла при знаходженні в навколишньому середовищі з високою температурою повітря.

1.2 Радіація

У стані спокою радіація - основний процес передачі тіла надлишкової кількості тепла. При нормальній кімнатній температурі тіло голої людини передає близько 60% «зайвого» тепла за допомогою радіації. Тепло передається в формі інфрачервоних променів.

1.3 Випаровування

Випаровування - основний процес розсіювання тепла при виконанні фізичних вправ. При м'язової діяльності за рахунок випаровування організм втрачає близько 80% тепла, тоді як в стані спокою - не більше 20%. Деякий випаровування відбувається непомітно для нас, однак оскільки рідина випаровується, втрачається і тепло. Це так звані неощущаемое тепловтрати. Вони складають близько 10%. Слід зазначити, що неощущаемое тепловтрати відносно постійні. З підвищенням температури тіла посилюється процес потіння. Коли піт досягає поверхні шкіри, то під дією тепла шкіри він переходить з рідкого стану в газоподібний. Таким чином, при підвищенні температури тіла значно зростає роль потоіспаренія.

Віддача тепла тілом в зовнішнє шкоди здійснюється проведенням, конвекцією, радіацією і випаровуванням. При виконанні фізичного навантаження головним механізмом, що здійснює тепловіддачу, є випаровування, особливо якщо температура навколишнього середовища наближається до температури тіла.

2. Ефектори, що змінюють температуру тіла

При коливаннях температури тіла відновлення нормальної температури тіла здійснюють, як правило, такі чотири чинники:

1) потові залози;

2) гладка м'яз, що оточує артеріоли;

3) скелетні м'язи;

4) ряд залоз внутрішньої секреції.

При підвищенні температури шкіри або крові гіпоталамус посилає в потові залози імпульси про необхідність активного виділення поту, зволожуючого шкіру. Чим вище температура тіла, тим більше поту. Його випаровування забирає тепло з поверхні шкіри.

При підвищенні температури шкіри і крові гіпоталамус спрямовує сигнали в гладкі м'язи артеріол, які постачають кров'ю шкіру, викликаючи їх розширення. Внаслідок цього кровопостачання шкіри посилюється. Кров переносить тепло з глибини тіла до поверхні шкіри, де воно і розсіюється в навколишнє середовище проведенням, конвекцією, радіацією і випаровуванням.

Скелетний м'яз вступає в дію, коли виникає потреба в освіті більшої кількості тепла. В умовах низької температури повітря терморецептори шкіри посилають сигнали в гіпоталамус. Точно так же при зниженні температури крові зміна фіксують центральні рецептори гіпоталамуса. У відповідь на отриману інформацію гіпоталамус активує мозкові центри, що регулюють м'язовий тонус. Ці центри стимулюють процес тремтіння, який представляє собою швидкий цикл мимовільних скорочень і розслаблень скелетних м'язів. В результаті такої підвищеної м'язової активності утворюється більше тепла для збереження або підвищення температури тіла.

Клітини тіла підвищують інтенсивність свого метаболізму під дією ряду гормонів. Це впливає на тепловий баланс, оскільки посилення метаболізму викликає збільшення утворення енергії. Охолодження тіла стимулює виділення тироксину з щитовидної залози. Тироксин може підвищувати інтенсивність метаболізму в організмі більш ніж на 100%. Крім того, адреналін і норадреналін підсилюють активність симпатичної нервової системи. Отже, вони безпосередньо впливають на інтенсивність метаболізму практично всіх клітин організму. Що відбувається з людським організмом, коли температурні параметри змінюються? У цьому випадку він виробляє специфічні реакції пристосування щодо кожного фактора, тобто адаптується. Адаптація - це процес пристосування до умов середовища. Як же відбувається адаптація до змін температури?

4. Механізми терморегуляції

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

Фізіологічні механізми, які забезпечують тепловою гомеостаз організму (його "ядра"), поділяються на дві функціональні групи: механізми хімічної і фізичної терморегуляції. Хімічна терморегуляція являє собою регулювання теплопродукції організму. Тепло постійно виробляється в організмі в процесі окислювально-відновних реакцій метаболізму. При цьому частина його віддається в навколишнє середовище тим більше, чим більша різниця температури тіла і середовища. Тому підтримка стійкої температури тіла при зниженні температури середовища вимагає відповідного посилення процесів метаболізму і супроводжуючого їх теплоутворення, що компенсує втрати тепла і призводить до збереження загального теплового балансу організму і підтримці сталості внутрішнього температури. Процес рефлекторного посилення теплопродукції у відповідь на зниження температури навколишнього середовища і носить назву хімічної терморегуляції. Виділення енергії у вигляді тепла супроводжує функціональне навантаження всіх органів і тканин і властиво всім живим організмам. Специфіка організму людини полягає в тому, що зміна теплопродукції як реакція на мінливу температуру представляє у них спеціальну реакцію організму, яка не впливає на рівень функціонування основних фізіологічних систем.

Специфічне терморегуляторного теплоутворення зосереджено переважно в скелетних м'язах і пов'язане з особливими формами функціонування м'язів, не порушують їх пряму моторну діяльність. Підвищення теплоутворення при охолодженні може відбуватися і в спочиває м'язі, а також при штучному виключенні скорочувальної функції дією специфічних отрут.

Один з найбільш звичайних механізмів специфічного терморегуляторного теплоутворення в м'язах - так званий терморегуляціонний тонус. Він виражений мікросокращенія фібрил, що реєструється у вигляді підвищення електричної активності зовні нерухомої м'язи при її охолодженні. Терморегуляціонний тонус підвищує споживання кисню м'язом часом більш ніж на 150%. При більш сильному охолодженні поряд з різким підвищенням терморегуляционного тонусу включаються видимі скорочення м'язів в формі холодового тремтіння. Газообмін при цьому зростає до 300 - 400%. Характерно, що за часткою участі в терморегуляторного теплоутворення м'язи нерівноцінні.

При тривалому впливі холоду скорочувальний тип термогенеза може бути в тій чи іншій мірі заміщений (або доповнений) перемиканням тканинного дихання в м'язі на так званий вільний (нефосфорілірующій) шлях, при якому випадає фаза освіти і подальшого розщеплення АТФ. Цей механізм не пов'язаний з скорочувальної діяльністю м'язів. Загальна маса тепла, що виділяється при вільному диханні, практично така ж, як і при дрожевом термогенезом, 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, є закономірними. У певному інтервалі зовнішніх температур теплопродукція, відповідна обміну покоїться організму, повністю компенсується його "нормальної" (без активної інтенсифікації) тепловіддачею. Теплообмін організму з середовищем збалансований. Цей температурний інтервал називають термонейтральной зоною. Рівень обміну в цій зоні мінімальний. Нерідко говорять про критичної точки, маючи на увазі конкретне значення температури, при якому досягається тепловий баланс із середовищем. Теоретично це вірно, але експериментально встановити таку точку практично неможливо через постійні незакономерного коливань метаболізму і нестабільності теплоізолюючих властивостей покривів.

Зниження температури середовища за межі термонейтральной зони викликає рефлекторне підвищення уровня.обмена речовин і теплопродукції до врівноваження теплового балансу організму в нових умовах. В силу цього температура тіла залишається незмінною.

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

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

ь У "нормі" Теплопроведение можна знехтувати, тому що теплопровідність повітря низька. Теплопровідність води в 20 разів вище, тому тепловіддача проведенням відіграє значну роль і стає істотним фактором переохолодження в разі вологого одягу, сирих шкарпеток і т.д.

ь Більш ефективна тепловіддача шляхом конвекції (тобто переміщенням частинок газу або рідини, змішування їх нагрітих шарів з охолодженими). У повітряному середовищі навіть в умовах спокою на тепловіддачу конвекцією доводиться до 30% втрат тепла. Роль конвекції на вітрі або при русі людини ще більш зростає.

ь Передача тепла випромінюванням від нагрітого тіла до холодного відбувається відповідно до закону Стефана-Больцмана і пропорційна різниці четверте ступенів температури шкіри (одягу) і поверхні навколишніх предметів. Цим шляхом в умовах "комфорту" роздягнений чоловік віддає до 45% теплової енергії, але для тепло одягненого людини особливу роль тепловтрати випромінюванням не грають.

ь Випаровування вологи з шкіри і поверхні легенів 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 несеться 0,6 ккал енергії. Неважко підрахувати загальний обсяг теряемого з потом тепла, якщо врахувати, що в умовах інтенсивної м'язової діяльності людина за восьмигодинний робочий день може віддати до 10 - 12 літрів рідини. На холоді тепловтрати з потом у добре одягненого людини невеликі, але і тут треба враховувати тепловіддачу за рахунок дихання. При цьому процесі поєднуються одразу два механізми тепловіддачі - конвекція і випаровування. Втрати тепла і рідини з диханням досить значні, особливо при інтенсивній м'язовій діяльності в умовах низької вологості атмосферного повітря.

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

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

Регуляторні реакції, спрямовані на збереження постійної температури тіла при перегріванні, представлені різними механізмами посилення тепловіддачі в навколишнє середовище. Серед них широко поширена і має високу ефективність тепловіддача 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 починається перегріву організму.

Отже, адаптивні зміни теплообміну в організмі людини можуть бути спрямовані не тільки на підтримання високого рівня обміну речовин, як у більшості людей, але і на установку низького рівня в умовах, які загрожують виснаженням енергетичних резервів.

Температура тіла залежить від двох чинників: інтенсивності утворення тепла (теплопродукції) і величини втрат тепла (тепловіддачі). Головною умовою підтримки постійної температури тіла гомойотермних тварин, в тому числі і людини ...

Адаптація організму до впливу різних температур

Порушення терморегуляції можуть виникати при пошкодженні центральних і периферичних апаратів температурної чутливості (крововиливи, пухлини в області гіпоталамуса, деякі інфекції) ...

Гломерулонефрит і вагітність

Гемодинамічні механізми гіпертонії при хронічному гломерулонефриті інші. За нашими даними, розвивається еукінетіческій (з нормальним серцевим викидом) або гипокинетический (зі зменшеним хвилинним об'ємом крові) тип кровообігу ...

голкорефлексотерапія

Сучасна медицина при діагностиці, вивченні етіології, патогенезу і методів лікування захворювань за краще користуватися конкретними категоріями (морфологічними, фізіологічними, біохімічними та ін.) ...

Інтенсивна терапія важкої черепно-мозкової травми

При черепно-мозкових травмах передбачається виділення зон первинного і вторинного пошкодження. Зона первинного ушкодження є проблемою нейрохірургів. Зона вторинного ушкодження - це область мозку ...

Ішемічна хвороба серця. Бронхіальна астма. Загальні властивості вітамінів

Ішемічна хвороба серця - це хронічний патологічний процес, обумовлений недостатністю кровопостачання міокарда, в переважній більшості випадків внаслідок атеросклерозу коронарних артерій (97 - 98%) ...

Кислотно-основну рівновагу

В процесі метаболізму утворюються кислі продукти: 1) леткі - СО2 близько 15000 ммоль / добу (0,13 ммоль / кг * хв-1); 2) нелеткі - Н + близько 30-80 ммоль (1 ммоль / кг * добу-1); 3) молочна і піровиноградна (при окисленні вуглеводів), сірчана, фосфорна, сечова кислоти ...

Кишковий дисбіоз і хронічні інфекції: урогенітальні та ін.

Порушення вищепредставленими кількісних і якісних співвідношень мікроорганізмів в зазначених зонах тонкого і товстого кишечника (що позначається терміном «дисбіоз кишечника») супроводжується превалюванням впливів ...

Механізми і наслідки тромбоутворення

Тромбозом (від грец, фспмвпо-грудку) називається прижиттєве місцеве пристеночное освіту в судинах або серце щільного конгломерату з формених елементів крові і стабілізованого фібрину. Сам конгломерат - це тромб ...

4. Порушення серцевого ритму. 2.1 Западіння мови У знаходиться ще в наркотичному сні хворого м'язи обличчя, мови і тіла розслаблені. Розслаблений мову може зміститися вниз і закрити просвіт дихальних шляхів ...

Особливості догляду за хворими в післяопераційному періоді

Порушення терморегуляції після наркозу може виражатися в різкому підвищенні або зниженні температури тіла, сильному лихоманці. При необхідності потрібно накрити хворого, або ж навпаки ...

Теплокровність - сталість температури тіла - робить людину незалежною від температурних умов проживання, так як забезпечують його життєдіяльність ...

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

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

Температура істотно впливає на перебіг життєвих процесів в організмі людини і на його фізіологічну активність. Процеси життєдіяльності обмежені вузьким діапазоном температури внутрішнього середовища, в якому 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 температура викликає інтенсивне потовиділення, що призводить до зневоднення організму, втрати мінеральних солей і 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 в 6% порушується розумова діяльність, а при 15-20% втрати ваги настає смерть. Систематичне дію високої температури викликає зміни в серцево-судинній системі: почастішання пульсу, зміна артеріального тиску, ослаблення функціональної здатності серця. Тривалий 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 втратою свідомості.

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

Б. Ядро і зовнішня оболонка тіла.

З точки зору терморегуляції тіло людини можна уявити що складається з двох компонентів - зовнішньої оболонки і 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 і навколишнім середовищем, тобто зміни теплопровідності оболонки визначають сталість температури ядра. Теплопровідність змінюється за рахунок зміни кровопостачання і кровонаповнення тканин оболонки.

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

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

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

Відомо також явище асиметрії температури. Вона спостерігається приблизно в 54% випадків, причому температура в лівій пахвовій западині трохи вище, ніж у правій. Можлива асиметрія і на інших ділянках шкіри, а вираженість асиметрії більш ніж в 0,5 ° С свідчить про патологію.

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

Процеси життєдіяльності людини супроводжуються безперервним теплоутворення в його організмі і віддачею утвореного тепла в навколишнє середовище. Обмін теплової енергії між організмом і навколишнім середовищем називаетсяp теплообміном. Теплопродукція і тепловіддача обумовлені діяльністю центральної нервової системи, що регулює обмін речовин, кровообіг, потовиділення і діяльність скелетних м'язів.

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

Внутрішня температура тіла людини постійна (36.5-37 ° С) завдяки регулюванню інтенсивності теплопродукції і тепловіддачі в залежності від температури зовнішнього середовища. А температура шкіри людини при впливі зовнішніх умов може змінюватися 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 через годину температура тіла піднялася б приблизно на 1.5 ° С, а годин через 40 досягла б точки кипіння води. Під час важкої фізичної роботи освіту тепла збільшується ще в кілька разів. І все ж температура нашого тіла не змінюється. Чому? Вся справа саме в зрівноважуванні процесів утворення і віддачі тепла в організмі.

Провідним чинником, що визначає рівень теплового балансу, є температура навколишнього середовища. При її відхиленні від комфортної зони в організмі встановлюється новий рівень теплового балансу, що забезпечує изотермию в нових умовах середовища. Така сталість температури тіла забезпечується механізмом терморегуляції, Що включає процес теплоутворення і процес тепловиділення, які регулюються нервово-ендокринних шляхом.

Г. Поняття терморегуляції організму.

терморегуляція - це сукупність фізіологічних процесів, спрямованих на підтримку відносного сталості температури ядра організму в умовах зміни температури середовища за допомогою регуляції теплопродукції і тепловіддачі. Терморегуляція спрямована на попередження порушень 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 (в тому числі людина), і птиці), організм яких має здатність підтримувати температуру внутрішніх областей тіла на відносно сталому і досить високому рівні (близько 37-38 ° С у ссавців і 40-42 ° С у птахів) незалежно від змін температури навколишнього середовища.

Механізм терморегуляції можна представити у вигляді кібернетичної самоврядуванням системи з зворотними зв'язками. Температурні коливання навколишнього повітря діють на спеціальні рецепторні освіти ( терморецептори), Чутливі до зміни температури. Терморецептори передають до центрів терморегуляції інформацію про тепловий стан органу, в свою чергу, центри терморегуляції через нервові волокна, гормони і інші біологічно активні речовини змінюють рівень тепловіддачі і теплопродукції або ділянок тіла (місцева терморегуляція), або організму в цілому. При виключенні центрів терморегуляції спеціальними хімічними речовинами організм втрачає здатність до підтримання сталості температури. Цю особливість в останні роки використовують в медицині для штучного охолодження організму під час складних хірургічних операцій на серці.

Шкірні терморецептори.

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

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

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

Д. Види терморегуляції.

Терморегуляцію можна розділити на два основних види:

1. Фізична терморегуляція:

Випаровування (потовиділення);

Випромінювання (радіація);

Конвекція.

2. Хімічна терморегуляція.

Скорочувальний термогенез;

Несократітельного термогенез.

фізична терморегуляція (Процес, який здійснює видалення тепла з організму) - забезпечує збереження сталості температури тіла за рахунок зміни віддачі тепла організмом шляхом проведення через шкіру (кондукция і конвекція), випромінювання (радіація) і випаровування води. Віддача постійно утворюється в організмі тепла регулюється зміною теплопровідності шкіри, підшкірного жирового шару і епідермісу. Тепловіддача в значній мірі регулюється динамікою кровообігу в теплопровідних і теплоізолюючих тканинах. З підвищенням температури навколишнього середовища в тепловіддачі починає домінувати випаровування.

Кондукція, конвекція і випромінювання є пасивними шляхами тепловіддачі, заснованими на законах фізики. Вони ефективні тільки при збереженні позитивного температурного градієнта. Чим менше різниця температури між тілом і навколишнім середовищем, тим менше тепла віддається. При однакових показниках або при високій температурі навколишнього середовища згадані шляху не тільки не ефективні, але при цьому ще відбувається і нагрів тіла. У цих умовах в організмі спрацьовує тільки один механізм віддачі тепла - потовиділення.

При низькій температурі навколишнього середовища (15 ° С і нижче) близько 90% добової тепловіддачі відбувається за рахунок теплопроведения і тепловипромінювання. У цих умовах видимого потовиділення не відбувається. При температурі повітря 18-22 ° С тепловіддача за рахунок теплопровідності і 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 і конвекції стає неможливою, і температура тіла підтримується на постійному рівні виключно за допомогою випаровування води з поверхні шкіри і альвеол легенів. При великій вологості повітря, коли випаровування води утруднене, може виникнути перегрівання тіла і розвинутися тепловий удар.

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

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

Включення хімічної терморегуляції відбувається тоді, коли фізична терморегуляція виявляється недостатньою для підтримання сталості температури тіла.

Розглянемо ці види терморегуляції.

Фізична терморегуляція:

під фізичної терморегуляцією розуміють сукупність фізіологічних процесів, які ведуть до зміни рівня тепловіддачі. Існують наступні шляхи віддачі тепла організмом в навколишнє середовище:

Випаровування (потовиділення);

Випромінювання (радіація);

Теплопроведение (кондукция);

Конвекція.

Розглянемо їх докладніше:

1. Випаровування (потовиділення):

Випаровування (потовиділення)- це віддача теплової енергії в навколишнє середовище за рахунок випаровування поту або вологи з поверхні шкіри і слизових оболонок дихальних шляхів. У людини постійно здійснюється виділення поту потовими залозами шкіри ( «відчутна», або залозиста, втрата води), зволожуються слизові оболонки дихальних шляхів ( «невідчутна» втрата води). При цьому «відчутна» втрата води організмом надає більш істотний вплив на загальну кількість віддається шляхом випаровування тепла, ніж «невідчутна».

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

Людина погано переносить порівняно невисоку температуру навколишнього середовища (32 ° С) при вологому повітрі. В абсолютно сухому повітрі людина може перебувати без помітного перегрівання протягом 2-3 годин при температурі 50-55 ° С. Погано переноситься також непроникна для повітря одяг (гумова, щільна і т.п.), що перешкоджає випаровуванню 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 одне виняткове достоїнство - якщо зовнішня температура перевищує середнє значення температури шкіри, то організм не може віддавати в зовнішнє середовище тепло іншими методами терморегуляції (випромінюванням, конвекцією і кондукцией), які ми розглянемо нижче. Організм в цих умовах починає поглинати тепло ззовні, і єдиним способом розсіювання тепла стає посилення випаровування вологи з поверхні тіла. Таке випаровування можливо до тих пір, поки вологість повітря навколишнього середовища залишається менше 100%. При інтенсивному потовиділенні, високої вологості і малої 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 віддає 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, в результаті, 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 споживаної електроенергії. А ми це робимо, використовуючи енергію, отриману від розщеплення харчових продуктів.

Знизити втрати тепла від випаровування може допомогти контроль над підбором одягу. Одяг потрібно підбирати виходячи з погодних умов і поточної активності. Не лінуйтеся знімати зайвий одяг, коли зростають навантаження. Ви будете менше пітніти. І не лінуйтеся знову її одягнути, коли навантаження припиняються. Знімайте волого і вітрозахист, якщо дощу з вітром немає, інакше одяг буде мокнути зсередини, від вашого поту. А, маючи контакт із мокрим одягом, ми втрачаємо тепло ще й теплопровідністю. Вода в 25 разів краще повітря проводить тепло. Значить, в мокрому одязі ми втрачаємо тепло в 25 разів швидше. Ось чому важливо підтримувати одяг сухою.

Випаровування ділиться на 2 види:

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

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

б) Відчувається перспірація(За активної участі потових залоз) - це віддача тепла шляхом випаровування поту. В середньому за добу при комфортній температурі середовища виділяється 400-500 мл поту, отже, віддається до 300 ккал енергії. Випаровування 1 л поту у людини з масою тіла 75 кг може знизити температуру тіла на 10 ° С. Однак при необхідності обсяг потовиділення може збільшитися до 12 л на добу, тобто шляхом потовиділення можна втратити до 7.000 ккал на добу.

Ефективність випаровування багато в чому залежить від середовища: чим вище температура і нижче вологість, тим вище ефективність потовиділення як механізму віддачі тепла. При 100% вологості випаровування неможливо. При високій вологості атмосферного повітря висока температура переноситься важче, ніж при низькій вологості. У насиченому водяними парами повітрі (наприклад, в лазні) піт виділяється у великій кількості, але не випаровується і стікає з шкіри. Таке потовиділення не сприяє віддачі тепла: тільки та частина поту, яка випаровується з поверхні шкіри, має значення для тепловіддачі (ця частина поту складає ефективне потовиділення).

2. Випромінювання (радіація):

Випромінювання (радіація)- це спосіб віддачі тепла в навколишнє середовище поверхнею тіла людини у вигляді електромагнітних хвиль інфрачервоного діапазону (а \u003d 5-20 мкм). За рахунок випромінювання віддають енергію всі предмети, температура яких вище абсолютного нуля. 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 відчував це сидячи біля багаття. Багаття випромінює тепло і нагріває предмети навколо. При цьому вогнище втрачає своє тепло.

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

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

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

Знизити тепловіддачу організму випромінюванням можна за рахунок зменшення площі поверхні випромінювання - зміною положення тіла. Наприклад, коли собаці або кішці холодно, вони згортаються в клубок, зменшуючи тим самим поверхню тепловіддачі; коли жарко, тварини, навпаки, беруть положення, при якому поверхня тепловіддачі максимально зростає. Цього способу фізичної терморегуляції не позбавлений і людина, «згортаючись в клубок» під час сну в холодному приміщенні.

3. Теплопроведение (кондукция):

Теплопроведение (кондукция) - 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 контактуючих поверхонь, часу теплового контакту і теплопровідності контактує тіла.

Втрати тепла теплопровідністю виникають тоді, коли відбувається прямий контакт з холодним предметом. У цей момент наше тіло віддає своє тепло. Швидкість втрати тепла сильно залежить від теплопровідності предмета, з яким ми стикаємося. Наприклад, теплопровідність каменю в 10 разів вище, ніж деревини. Тому, сидячи на камені, ми будемо втрачати тепло набагато швидше. Ви, напевно, 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 туристичний килимок або згорток одягу. На ніч обов'язково підкладайте під спальник туристичний килимок, відповідний погодним умовам. Або, в крайньому випадку, товстий шар сухої трави або хвої. Земля добре проводить (а значить «відбирає») тепло і сильно охолоджується вночі. Взимку не беріть металеві предмети голими руками. Використовуйте рукавички. У сильні морози від металевих предметів можна отримати місцеве обмороження.

Сухе повітря, жирова тканина характеризуються низькою теплопровідністю і є теплоизоляторами (поганими провідниками тепла). Одяг зменшує тепловіддачу. Втрати тепла перешкоджає той шар нерухомого повітря, який знаходиться між одягом і шкірою. Теплоізоляційні властивості одягу тим вище, чим дрібніше пористого її структури, яка містить повітря. Цим пояснюються хороші теплоізоляційні властивості вовняної 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, так як повітря на його поверхні весь час змінюється. Тому температура шкіри оголених частин тіла набагато нижче, ніж одягнених.

Вологий, насичений водяними парами повітря характеризується високою теплопровідністю. Тому перебування людини в середовищі з високою вологістю при низькій температурі супроводжується посиленням тепловтрат організму. Вологий одяг також втрачає свої теплоізоляційні властивості.

4. Конвекція:

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

Суть процесу конвекції лежить в наступному - наше тіло нагріває повітря поблизу шкіри; нагріте повітря легшає холодного і піднімається вгору, а його заміщає холодне повітря, який знову нагрівається, стає легше і витісняється наступною порцією холодного. Якщо нагрітий повітря не захопити за допомогою одягу, то цей процес буде нескінченним. Фактично нас гріє не одяг, а повітря, який вона затримує.

Коли дме вітер, ситуація погіршується. Вітер несе величезні порції ненагрітого повітря. Навіть коли ми одягаємо теплий светр, вітрі нічого не варто вигнати з нього тепле повітря. Те ж саме відбувається, коли ми рухаємося. Наше тіло «врізається» в повітря, і він тече навколо нас, діючи як вітер. Це теж примножує втрати тепла.

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

Хімічна терморегуляція:

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

Джерелом тепла в організмі є екзотермічні реакції окислення білків, жирів, вуглеводів, а також гідроліз АТФ (аденозинтрифосфат - це нуклеотид, який грає виключно важливу роль в обміні енергії і речовин в організмі; в першу чергу це з'єднання відомо як універсальне джерело енергії для всіх біохімічних процесів, що протікають в живих системах). При розщепленні поживних речовин частина звільненої енергії акумулюється в АТФ, частина розсіюється у вигляді тепла (первинна теплота - 65-70% енергії). При використанні макроергічних зв'язків молекул АТФ частина енергії йде на виконання корисної роботи, а частина розсіюється (вторинна теплота). Таким чином, два потоку теплоти - первинної та вторинної - є теплопродукцией.

Хімічна терморегуляція має важливе значення для підтримання сталості температури тіла як в нормальних умовах, так і при зміні температури навколишнього середовища. У людини посилення теплоутворення внаслідок збільшення інтенсивності обміну речовин відзначається, зокрема, тоді, коли температура навколишнього середовища стає нижче оптимальної температури, або зони комфорту. Для людини в звичайній легкому одязі ця зона знаходиться в межах 18-20 ° С, а для оголеного дорівнює 28 ° С.

Оптимальна температура під час перебування у воді вище, ніж на повітрі. Це обумовлено тим, що вода, що володіє високою теплоємністю і теплопровідністю, 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 в м'язах. Навіть якщо людина лежить нерухомо, але з напруженою мускулатурою, інтенсивність окислювальних процесів, а разом з тим і теплоутворення, підвищуються на 10%. Невелика рухова активність веде до збільшення теплоутворення на 50-80%, а важка м'язова робота - на 400-500%.

У хімічній терморегуляції значну роль відіграють також печінка і нирки. Температура крові печінкової вени вище температури крові печінкової артерії, що вказує на інтенсивне теплоутворення в цьому органі. При охолодженні тіла теплопродукція в печінці зростає.

При необхідності підвищити теплопродукцию, крім можливості отримання тепла ззовні, в організмі використовуються механізми, що збільшують виробництво теплової енергії. До таких механізмів відносяться скоротливийі несократітельного термогенез.

1. Скорочувальний термогенез.

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

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

Зазвичай при зниженні температури середовища і температури крові першою реакцією є збільшення терморегуляционного тонусу (Волосся на тілі «стає дибки», з'являються «мурашки»). З точки зору механіки скорочення, даний тонус є мікровібрацію і дозволяє збільшити теплопродукцию на 25-40% від вихідного рівня. Зазвичай в створенні тонусу беруть участь м'язи шиї, голови, тулуба і кінцівок.

При більш значному переохолодженні терморегуляціонний тонус переходить в особливий вид м'язових скорочень - м'язову холодову тремтіння, При якій м'язи не роблять корисною роботи і їх скорочення направлено виключно на вироблення тепла.Холодовая 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, що і спричиняє за собою 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 холодового тремтіння в 2-3 рази вище, ніж при довільній м'язової діяльності.

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

2. несократітельного термогенез:

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

Регуляція процесів несократітельного термогенеза здійснюється шляхом активації симпатичної нервової системи, продукції гормонів щитовидної і мозкового шару надниркових залоз.

Є. Управління терморегуляцией.

Гіпоталамус.

Система терморегуляції складається з ряду елементів з взаємопов'язаними функціями. Інформація про температуру надходить від терморецепторів і за допомогою нервової системи потрапляє в мозок.

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

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

Руйнування центрів гіпоталамуса або 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 управляють процесами теплоутворення(Вони забезпечують хімічну терморегуляцію - посилення теплоутворення, м'язову тремтіння) .При їх пошкодженні порушується здатність до посилення енергообміну, тому організм погано переносить холод.

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

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

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

Ендокринна система.

Гіпоталамус керує процесами теплопродукції і тепловіддачі, посилаючи нервові імпульси до залоз внутрішньої секреції, головним чином щитовидної, і наднирковим.

участь щитовидної залози в терморегуляції обумовлено тим, що вплив зниженої температури призводить до посиленого виділення її гормонів (тироксин, трийодтиронін), прискорюють обмін речовин і, отже, теплоутворення.

роль наднирниківпов'язана з виділенням ними в кров катехоламінів (адреналін, норадреналін, дофамін), які, посилюючи або зменшуючи окислювальні процеси в тканинах (наприклад, м'язової), збільшують або зменшують теплопродукцию і звужують або збільшують шкірні судини, змінюючи рівень тепловіддачі.

Терморегуляція пов'язана з механізмами регуляції рівня теплопродукції (хімічна регуляція) і тепловіддачі (фізична регуляція). Баланс теплопродукції і тепловіддачі контролюється гіпоталамусом, інтегруючим сенсорні, вегетативні, емоційні і моторні компоненти адаптивного поведінки.

Сприйняття температури здійснюється рецепторними утвореннями поверхні тіла (шкірними рецепторами) і глибинними температурними рецепторами в дихальних шляхах, судинах, внутрішніх органах, в міжм'язової нервових сплетеннях ШКТ. За аферентним нервах імпульси від цих рецепторів надходять до центру терморегуляції в гіпоталамусі. Він активує різні механізми, що забезпечують або теплопродукцию, або тепловіддачу. Механізм зворотного зв'язку за участю нервової системи і кровотік змінюють чутливість температурних рецепторів (рис. 15.4, 15.5). Термочутливі освіти розташовані також в різних областях ЦНС - в моторній корі, в гіпоталамусі, в області стовбура мозку (ретикулярної формації, довгастомумозку) і спинному мозку.

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

Мал. 15.4.

ловом балансі організму, але і центр регуляції рухових реакцій, які контролюють зміни температурного режиму. Після порушення функцій гіпоталамуса здатність до регуляції температури тіла втрачається.

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

Інший центр терморегуляції, розташований в задньому гіпоталамусі, контролює величину теплопродукції

Мал. 15.5. Участь нервової системи в терморегуляції і тим самим запобігає зайве охолодження. 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 в результаті зміни обсягу 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 великих або менших кількостей тепла в залежності від припливу тепла з внутрішніх областей тіла через кровотік.

Терморегуляція пов'язана з симпатичної нервової 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 і 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 по великих судинах рук і йог її температура падає. Охолоджена венозна кров, повертаючись всередину тіла по судинах, розташованим поблизу артерій, захоплює велику

Мал. 15.6. Реакція поверхневих судин шкіри на холод - звуження (А) і спеку - розширення (Б)

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

Основне джерело теплопродукції пов'язаний з м'язовими скороченнями, які знаходяться під довільним контролем. Іншим видом посилення теплопродукції в організмі може бути м'язове тремтіння - реакція на холод. Невелике рух м'язів при тремтіння підвищує ефективність теплопродукції. При тремтіння ритмічно і одночасно з великою частотою скорочуються згиначі і розгиначі кінцівок і жувальні м'язи. Частота і сила скорочення можуть варіювати. Тремтіння генерується тільки в тому випадку, якщо зазначені м'язи не залучені в інший вид діяльності. Вона може бути подолана довільної м'язової 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 і силу м'язових скорочень при тремтіння. До цього центру надходять імпульси від центру терморегуляції в передньому гіпоталамусі і від рецепторів м'язів. Імпульси від головного мозку надходять до всіх рівнів спинного мозку, де виникають ритмічні сигнали, що викликають в м'язах тремтіння.

Крім того, теплова енергія утворюється при розщепленні жирів, запасених в жировій тканині. Найбільш ефективний в цьому сенсі бурий жир, розташований у новонароджених дітей між лопатками і за грудиною. Протягом декількох днів після народження теплопродукція, яку забезпечують клітини бурого жиру, - головна реакція на холод. Пізніше у дітей такою реакцією стає тремтіння. Бурий жир у великих кількостях зустрічається у тварин, яким властива зимова сплячка. Розщеплення жиру з білої жирової тканини менш ефективно. Білий жир сприяє не утворення, а збереженню тепла.

Подібно коливань вмісту кисню і рН, зміна внутрішньоклітинної температури значно модулює метаболізм в клітинах. Багато життєво важливі ферменти функціонують у вузькому температурному діапазоні, що вимагає відповідних механізмів для підтримки теплового балансу.

Тепло утворюється в процесі метаболізму. Будь-яке посилення клітинного метаболізму (в результаті збільшення рівня тиреоїдних гормонів, адреналіну або норадреналіну в крові, збільшення швидкості основного обміну або при фізичних навантаженнях) підвищує вироблення тепла. В організмі людини 60% всього тепла утворюється в м'язах, 30% - в печінці, 10% - в інших органах. В середньому людина масою 70 кг на умовах спокою виділяє близько 72 ккал / год, а щоб підвищити його температуру на 1 ° С, треба затратити приблизно 58 ккал.

тепловий баланс - це співвідношення процесів теплопродукції, теплоудержанія і тепловіддачі, тобто баланс між системами, що продукують тепло і системами, в яких це тепло втрачається.

теплопродукція в основному є результатом біохімічних процесів, тепловіддачаі теплоудержаніе- переважно результат фізичних процесів.

Механізми теплопродукції. Основна кількість тепла в організмі утворюється при окисленні білків, жирів і вуглеводів, а також в результаті гідролізу АТФ. В умовах низької температури середовища в організмі включаються додаткові механізми утворення тепла:

1. скорочувальний термогенез (Освіта тепла внаслідок скорочення скелетних м'язів):

а) довільна рухова активність;

б) холодова м'язове тремтіння;

в) холодової м'язовий тонус (приріст м'язового тонусу на холоді).

2. несократітельного термогенез (Освіта тепла в результаті активації процесів катаболізму - гліколізу, глікогенолізу, ліполізу). Він може спостерігатися в скелетних м'язах, печінці, буром жирі (за рахунок специфічної динамічної дії їжі).

Механізми тепловіддачі. Віддача тепла організмом в навколишнє середовище здійснюється наступними шляхами (малюнок):

1) випаровування - віддача тепла за рахунок випаровування води;

2) теплопроведение - віддача тепла шляхом безпосереднього контакту з холодним повітрям навколишнього середовища (зменшується при наявності одягу і підшкірного жирового шару);

3) тепловипромінювання - віддача тепла з ділянок шкіри, не прикритих одягом;

4) конвекція - віддача тепла за рахунок нагрівання прилеглих шарів повітря, піднімання цих нагрітих шарів і їх заміни холодними порціями повітря.

В умовах температурного комфорту (20 - 22 о С) основна кількість тепла віддається завдяки Теплопроведение, Тепловипромінювання і конвекції, і лише 20% втрачається за допомогою випаровування. При високій температурі навколишнього середовища шляхом випаровування втрачається до 80 - 90% тепла.

Теплоудержаніе забезпечується підшкірним жировим шаром, волосяним покровом, одягом і підтриманням пози, при якій поверхню тіла і процеси тепловіддачі мінімальні. У теплокровних тварин температура підтримується на постійному рівні. При цьому можна виділити 2 зони підтримки температури тіла: гомойотермним«Серцевина» або «ядро», де температура дійсно підтримується постійно і пойкілотермним«Оболонка» - все тканини, розташовані не глибше 3 см від поверхні тіла (шкіра, підшкірна клітковина і т. Д.), Температура яких багато в чому залежить від температури навколишнього середовища. Для визначення середньої температури тіла використовують формулу Бартона:

Т тіла \u003d 2/3 Т ядра + 1/3 Т оболонки.

Малюнок. (Рафф, 2001)

У людини середня температура мозку, крові, внутрішніх органів наближається до 37 о С. Фізіологічний межа її коливань становить 1,5 о С. Температура тіла більше 43 о С практично несумісна з життям людини. існують ціркадіанние, Тобто цілодобовий коливання температури тіла в межах 1 ° С. Мінімальна температура відзначається в передранкові години, максимальна - в другій половині дня.

При комфортній температурі (20 - 22 о С) навколишнього середовища підтримується певний баланс між теплопродукцией і тепловіддачею. При температурі навколишнього середовища нижче 12 о С зростає теплоудержаніе і, відповідно, теплопродукція, при температурі навколишнього середовища вище 22 о С переважають процеси тепловіддачі і знижується теплопродукція.

центри терморегуляції знаходяться в гіпоталамусі. У передньому гіпоталамусі - центри тепловіддачі, в задньому - центри теплопродукції.

Терморецептори розташовуються в шкірі, у внутрішніх органах, дихальних шляхах, скелетних м'язах і ЦНС. Найбільше терморецепторов знаходиться в шкірі голови і шиї. Є холодові і теплові терморецептори. Симпатична нервова система регулює процеси теплопродукції (глікогеноліз, ліполіз) і тепловіддачі (потовиділення, зміна тонусу шкірних судин і т.д.). Соматична система регулює тонічне напруження, довільну і мимовільну активність скелетних м'язів, тобто процеси скорочувального термогенеза.

гіпертермія настає при температурі навколишнього середовища вище 37 0 С (особливо при високій вологості повітря) або ж при дуже інтенсивному утворенні тепла в організмі при важкій фізичній роботі. При цьому в першій (компенсованій) стадії розширюються периферичні судини, посилюється потовиділення, частішає дихання, що сприяє видаленню надлишку тепла. У другій стадії (також здатної компенсуватися), незважаючи на посилення тепловіддачі, температура тіла підвищується, частішають дихання і пульс, починає боліти голова. Третя стадія (некомпенсированная) характеризується падінням артеріального тиску, загальмуванням дихання, зникненням рефлексів аж до смертельного результату.

гіпотермія виникає при порушенні балансу між теплопродукцией і тепловіддачею з переважанням тепловіддачі. Найчастіше гіпотермія розвивається внаслідок переохолодження при низькій температурі навколишнього середовища. Алкогольне сп'яніння, відсутність м'язових рухів, виснаження полегшують розвиток гіпотермії. У першій фазі гіпотермії в організмі посилюється теплопродукція (за рахунок м'язової тремтіння і підвищення обміну речовин) і зменшується тепловіддача (за рахунок спазму периферичних судин, зменшення потовиділення) і т.д. У другій (декомпенсированной) фазі температура тіла падає, функції головного мозку загальмовуються, артеріальний тиск падає. Відновлення функцій організму можливо тільки в тому випадку, якщо температура тіла знизилася до 24 - 26 0 С, але не нижче.