Как осуществляется терморегуляция в организме



Тепловой гомеостаз есть основным условием жизнедеятельности. Образование тепла неразрывно связано с энергетическим обменом. Причиной, снабжающим непрерывное течение метаболизма в органах и тканях, есть определенная температура крови, которая поддерживается специализированными механизмами саморегуляции.

Человек относится к гомойотермным организмам, каковые вырабатывают большое количество тепла и отличаются относительным постоянством температуры тела, незначительно изменяющейся в течении 24 часов. Человек может переносить температурные колебания внутренней среды в диапазоне от 25 до 43 0 С.

Температурный фактор определяет скорость протекания ферментативных процессов, всасывания, проведения возбуждения и мышечного сокращения.

Как осуществляется терморегуляция в организме

Температура тела человека разна в поверхностных и глубоких участках. Внутренние части тела, составляющие приблизительно 50% его массы, называются ядром . Сюда относят мозг, внутренние органы и кровь. Температура ядра относительно стабильна. К примеру, температура крови правого предсердия и температура нижней трети пищевода вблизи сердца варьирует незначительно и образовывает величину порядка 36,7-37 0 С. В различных участках ядра температурные колебания составляют от 0,2 до 1,2 0 С. Оценка температуры ядра проводится в определенных легко доступных участках тела, температура которых фактически не отличается от температуры ядра. Такими участками являются прямая кишка, полость рта и подмышечная впадина. Наряду с этим оральная (подъязычная) температура в большинстве случаев ниже ректальной на 0,2-0,5 0 С, а аксиллярная (в области подмышечной ямки) – ниже ректальной на 0,5-0,8 0 С. При плотном прижатии руки к грудной клетке граница внутреннего слоя ядра практически доходит до подмышечной впадины, но с целью достижения этого должно преодолеть не менее 10 мин.. Для определения температуры ткани применяют разные виды термометров, и оптический способ – термовизиография.

Оболочкой именуют поверхностный слой тела толщиной 2,5 см, который характеризуется большими различиями температуры в различных участках. Также эта температура зависит от температуры окружающей среды. В правой и левой половине оболочки время от времени отмечается ассиметрия температур. Средняя температура кожи обнаженного человека образовывает (при комфортной внешней температуре) 33-34 0 С. Наряду с этим температура кожи стопы существенно ниже температуры проксимальных участков нижних конечностей и в еще большей степени – туловища и головы. Температура кожи в области стопы в комфортных условиях равна 24-28 0 С, а при трансформации внешних условий – 13-53 0 С. Температура разных частей тела человека в условиях холода и тепла представлена на рисунке 1.

У многих млекопитающих температура тела соответствует диапазону 36-39 0 С. Интенсивность метаболизма (теплопродукции) определяется как массой тела, так и величиной отдачи тепла с поверхности тела. В соответствии с этим у животных с маленькими размерами тела и с громадным, чем у больших животных, отношением площади поверхности к величине массы тела теплопродукция на 1 кг массы выше.

Температура тела человека колеблется в течении 24 часов в диапазоне 0,3-1,5 0 С, чаще 1,0 0 С. Эти колебания основаны на эндогенном ритме, который определяется биологическими часами организма, синхронизированными в режиме день-ночь. Четко выражен ритм температурных колебаний синхронизированный с менструальным циклом. На ритм суточных температурных трансформаций накладываются и другие ритмы.

Как осуществляется терморегуляция в организме

Температура тела определяется соотношением теплопродукции и теплоотдачи. В то время, когда они не соответствуют друг другу, физиологическая система терморегуляции адаптивно меняет теплопродукцию либо теплоотдачу. Тем самым обеспечивается относительная стабильность температуры внутренней среды организма. При трансформациях температуры воздуха в пределах 21-53 0 С температура тела обнаженного человека может оставаться стабильной в течение нескольких мин..

Теплопродукция (химическая терморегуляция) – это метод поддержания температуры тела на оптимальном для метаболизма уровне, осуществляемый за счет трансформации интенсивности метаболических экзотермических реакций, в ходе которых образуется тепло. Громаднейшее количество тепла образуется в органах с интенсивным обменом веществ: печени, почках, эндокринных и пищеварительных железах, скелетных мышцах. Меньше тепла образуется в костях, хрящах и соединительной ткани. Прием пищи повышает интенсивность обменных процессов на 30%. Наиболее выраженное специфическое динамическое воздействие оказывают белки, после этого углеводы и жиры. Химическая терморегуляция зависит от ряда факторов: личных изюминок организма, температуры воздуха, интенсивности мышечной работы, характера питания, эмоционального состояния, кислородного обеспечения организма, степени ультрафиолетового облучения, интенсивности видимого света. Различают сократительную и несократительную теплопродукцию.

Сократительная теплопродукция связана с произвольными и непроизвольными сокращениями мышц. Произвольные сокращения приводят к многократному повышению теплообразования, наряду с этим увеличиваются и потери тепла за счет усиления отдачи тепла конвекцией. Другими словами произвольные сокращения являются через чур расточительный метод увеличения теплопродукции. Непроизвольные сокращения мышц видятся в двух вариантах: дрожи и терморегуляторного тонуса. Дрожь есть экономным методом теплопродукции, поскольку данный тип сократительной двигательной активности снабжает переход всей энергии мышечного сокращения в тепловую энергию. Терморегуляторный тонус начинается по большей части в области мышц спины и шеи. Теплопродукция наряду с этим возрастает на 40-50%. Терморегуляторные тонические сокращения появляются при понижении температуры окружающей среды на 2 0 С относительно уровня комфорта. Такие сокращения имеют темперамент зубчатого тетануса, близкого к режиму одиночных сокращений и являются более адаптивными, поскольку в этом случае при многократном периодическом действии холода формируются трансформации тканевых структур – структурный след адаптации. Одним из проявлений таких структурно-адаптационных трансформаций есть повышение в скелетных мышцах количества красных (медленных) волокон, делающих по большей части тоническую функцию.

Несократительная теплопродукция существенно выражена в адаптированном к холоду организме. Часть для того чтобы механизма в обеспечении прироста теплопродукции на холоде может составлять 50-70%. Начинается это явление в разных тканях, но специфическим субстратом есть бурая жировая ткань. Эта ткань локализована у человека в области шеи, между лопаток, в средостении около аорты, больших вен и симпатической цепочки. Количество бурой жировой ткани образовывает 1-2% массы тела, но при адаптации может увеличиться до 5% массы тела. Скорость окисления жирных кислот в бурой жировой ткани в 20 раз превышает эту скорость в белой жировой ткани. При действии холода в данной ткани растут кровоток и уровень обмена веществ, возрастает температура. Бурая жировая ткань обогревает близлежащие большие кровеносные сосуды.



Теплоотдача (физическая терморегуляция) – это метод поддержания температуры тела методом отдачи тепла в вохдух. Теплоотдача осуществляется за счет физических процессов: теплопроведения, теплоизлучения, конвекции и испарения. Действенным органом теплоотдачи есть кожа благодаря наличию в ней громадного количества потовых желез и артериоло-венулярных анастомозов. К поверхности тела потоки тепла переносятся по большей части кровью. Кровоток существенно варьирует при трансформации просвета сосудов, например, состояния артериоло-венулярных анастомозов. Механизмы теплоотдачи в условиях пониженной и повышенной температуры воздуха представлены на рисунке 2.

Конвекция – перемещение нагреваемого кожей слоя воздуха вверх и его замещение более холодным воздухом. Конвекция происходит в том случае, в то время, когда кожа теплее окружающего воздуха.

Как осуществляется терморегуляция в организме

Проведение происходит по большей части тогда, в то время, когда человек погружается в воду, температура которой ниже нейтральной (31-36 0 С). Ввиду того, что теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха, кожа человека охлаждается в воде в 50-100 раз стремительнее. В случае если температура воды близка к нулю, то через 1-3 часа может наступить смерть, поскольку тело человека охлаждается со скоростью 6 0 С в час. В воде теплоотдача происходит многократно стремительнее еще и вследствие того что не считая проведения в воде имеет место и конвекция. Повышение содержания в организме жира ограничивает эффект теплоотдачи в воде методом конвекции.

Теплоизлучение обеспечивается инфракрасными лучами с длиной волны 5-20 мкм. Эти лучи испускаются кожей при наличии рядом находящихся предметов с более низкой температурой. Обнаженный человек может терять таким методом до 60% тепла.

Как осуществляется терморегуляция в организме

Теплоиспарение образовывает около 20% теплоотдачи тела человека в условиях комфортной температуры среды. Это единственный метод отдачи тепла в вохдух, в случае если ее температура выясняется равной температуре тела. Методом испарения 1 л воды человек может дать одну треть всего тепла, вырабатываемого в условиях спокойствия в течении 24 часов. Существует два варианта испарения воды с поверхности тела: испарение пота в следствии его выделения и испарение воды. оказавшейся на поверхности методом диффузии. Потоотделение – составная часть целостной реакции организма на тепловое действие. Испарение выделяющегося пота содействует утрата тепла. Испарение воды методом диффузии происходит через слизистые оболочки дыхательных путей. Теплопотери, обусловленные дыханием, составляют 10-13% от общей теплоотдачи организма. Выделение тепла происходит кроме этого с мочой и калом.

Механизмы регуляции теплопродукции и теплоотдачи

Терморецепция осуществляется свободными окончаниями узких сенсорных волокон типа А и С. Существуют терморецепторы центральные и периферические.

Кожные терморецепторы передают в центры терморегуляции сигналы об трансформациях температуры среды, и снабжают формирование температурных ощущений. Число Холодовых рецепторов кожи многократно больше числа тепловых рецепторов. Холодовые рецепторы во внутренних органах и тканях кроме этого преобладают.

В центральной нервной системе – спинном и среднем мозге, а также в гипоталамусе – имеются центральные терморецепторы. каковые называются термосенсорами. Центральные аппараты физиологической системы терморегуляции имеют много входных каналов. Так, термосенсоры смогут возбуждаться при их ярком охлаждении либо нагревании на 0,011 0 С и в следствии изменять интенсивность как теплопродукции, так и теплоотдачи организма в целом.

Центр терморегуляции локализуется в гипоталамусе, в котором имеется три вида терморегуляторных нейронов:

Как осуществляется терморегуляция в организме

1) афферентыне нейроны, принимающие сигналы от периферических и центральных терморецепторов;

3) эфферентные нейроны, контролирующие активность эффекторов системы терморегуляции.

От периферических терморецепторов информация поступает в медиальную преоптическую область переднего гипоталамуса. В его ядрах происходит сравнение взятых с периферии сигналов с активностью центральных терморецепторов, каковые отражают температурное состояние мозга. Эти две информации интегрируются в заднем гипоталамусе. Полученные, в следствии интеграции сигналы начинают руководить процессами теплопродукции и теплоотдачи. В заднем гипоталамусе кроме этого находится моторный центр дрожи, связанный с моторными центрами спинного и продолговатого мозга. Терморецепторы кожи информируют ЦНС о увеличении либо понижении температуры воздуха еще до трансформации температуры внутренней среды, наряду с этим включаются терморегуляторные механизмы, каковые предотвращают это отклонение. Такая регуляция носит название регуляции по опережению. Моторный центр дрожи работает как регулятор по отклонению так как он возбуждается при понижении температуры тела кроме того на доли градусов. Не считая гипоталамуса в терморегуляции участвует кора громадных полушарий. Она работает как регулятор по опережению.

Регуляция теплопродукции осуществляется: во-первых, соматической нервной системой. которая запускает сократительные терморегуляторные реакции (дрожательные), во-вторых, симпатической нервной системой. которая активирует выделение из бурой жировой ткани норадреналина, включение в метаболические процессы свободных жирных кислот. Также симпатическая нервная система запускает выделение из коры надпочечников катехоламинов. В следствии увеличивается выделение первичного тепла за счет рассогласования процессов окисления и фосфорилирования.

Регуляция теплоотдачи связана с активностью симпатической нервной системы. Её возбуждение ведет к сужению кровеносных сосудов кожи, а холинергические симпатические нейроны возбуждают потовые железы.

При понижении температуры ядра происходит активация холодовых гипоталамических, органных и сосудистых терморецепторов. В следствии активизируется гипоталамический центр теплопродукции и понижается теплоотдача.

При увеличении температуры внутренней среды организма активируются гипоталамические, сосудистые, кожные и органные теплорецепторы. Гипоталамический центр теплоотдачи активизируется, и процесс выработки тепла значительно уменьшается, а теплоотдача возрастает.

Адаптация к периодическим трансформациям температуры, закаливание и здоровье

Температурная акклиматизация – это приспособление к многократным увеличениям и понижениям температуры окружающей среды. Она есть целостной реакцией организма, которая начинается при участии фактически всех систем организма.

При действии на организм холода увеличение теплопродукции сочетается с неспешно развивающимся понижением КПД мышечных сокращений, в следствии большинство энергозатрат направлена на согревание тела. В следствии увеличивается потребление кислорода, возрастает легочная вентиляция и сократительная активность сердца, увеличивается Преисподняя. В крови возрастает концентрация гемоглобина, в мышцах возрастает количество миоглобина. Происходит перераспределение кровотока: он значительно уменьшается на периферии и возрастает в центре. Что может приводить к холодовому диурезу, благодаря понижения секреции альдостерона и АДГ.

Пластическая адаптация (толерантность) появляется при долгом действии холода (ныряльщики за жемчугом). Она связана с тем что, порог развития дрожи и увеличение теплопродукции смещается в сторону более низких температур. Наряду с этим на уровне молекул, клеток и тканей появляются трансформации, каковые содействуют увеличению устойчивости к трансформациям температуры внутренней среды организма. Тогда функции организма изменяются незначительно, не смотря на то, что температура тела возможно ниже 36 0 .

У постоянных обитателей тропических районов земного шара начинается, напротив, привыкание к теплу: температура тела этих людей повышена кроме того в покое, и повышение теплоотдачи начинается у них при температуре тела на 0,50 более высокой, чем у обитателей районов с умеренным климатом.

Как осуществляется терморегуляция в организме

У людей, много раз по паре месяцев работающих в условиях антарктических экспедиций, неспешно развиваются энергетически более экономные реакции, например, увеличивается регулирующая активность парасимпатической нервной системы.

На ранних этапах адаптации употребляются в основном генотипические механизмы, каковые в экстремальных условиях избыточны и расточительны. В более поздние сроки резервы организма не только вовремя восстанавливаются, но и возрастают – развиваются фенотипические механизмы, каковые являются более гибкими и экономными.

Рисунок 1. Механизмы теплоотдачи в условиях пониженной и повышенной температуры воздуха.

Статьи по теме