А. Човешкият живот може да възникне само в тесен диапазон от температури.

Температурата оказва значително влияние върху протичането на жизнените процеси в човешкото тяло и върху неговата физиологична дейност. Жизнените процеси са ограничени до тесен диапазон от вътрешна температура, в рамките на който могат да протичат основни ензимни реакции. За хората понижаването на телесната температура под 25°C и повишаването над 43°C обикновено е фатално. Особено чувствителен към температурни промени нервни клетки.

Топлинапредизвиква интензивно изпотяване, което води до дехидратация на организма, загуба на минерални соли и водоразтворими витамини. Последствието от тези процеси е сгъстяване на кръвта, нарушаване на метаболизма на солта, стомашна секреция и развитие на дефицит на витамини. Допустимата загуба на тегло поради изпаряване е 2-3%. При 6% загуба на тегло от изпарение се нарушава умствената дейност, а при 15-20% загуба на тегло настъпва смърт. Системното въздействие на високата температура предизвиква промени в сърдечно-съдовата система: учестяване на сърдечната честота, промени в кръвното налягане, отслабване на функционалната способност на сърцето. Продължителното излагане на високи температури води до натрупване на топлина в тялото, докато телесната температура може да се повиши до 38-41 ° C и може да настъпи топлинен удар със загуба на съзнание.

Ниски температуриможе да причини охлаждане и хипотермия на тялото. При охлаждане тялото рефлекторно намалява преноса на топлина и увеличава производството на топлина. Намаляването на топлопредаването се дължи на спазъм (свиване) на кръвоносните съдове и повишаване на топлинното съпротивление на телесните тъкани. Продължителното излагане на ниски температури води до постоянен съдов спазъм и нарушаване на храненето на тъканите. Увеличаването на производството на топлина по време на охлаждане се постига чрез силата на окислението метаболитни процесив тялото (понижаването на телесната температура с 1°C се придружава от повишаване на метаболитните процеси с 10°C). Излагането на ниски температури е придружено от повишаване на кръвното налягане, инспираторния обем и намаляване на дихателната честота. Охлаждането на тялото променя метаболизма на въглехидратите. Голямото охлаждане е придружено от понижаване на телесната температура, инхибиране на функциите на органите и системите на тялото.

Б. Ядро и външна обвивка на тялото.

От гледна точка на терморегулацията човешкото тяло може да си представим като състоящо се от два компонента – външни черупкаи вътрешни ядки.

Ядро- това е частта от тялото, която има постоянна температура (вътрешни органи), и черупка- част от тялото, в която има температурен градиент (това са тъкани от повърхностния слой на тялото с дебелина 2,5 cm). Чрез обвивката има топлообмен между ядрото и околната среда, т.е. промените в топлопроводимостта на обвивката определят постоянството на температурата на ядрото. Топлопроводимостта се променя поради промени в кръвоснабдяването и кръвонапълването на мембранните тъкани.

Температурата на различните части на ядрото е различна. Например в черния дроб: 37,8-38,0°C, в мозъка: 36,9-37,8°C. Като цяло основната температура на човешкото тяло е 37,0°C.Това се постига чрез процесите на ендогенна терморегулация, резултатът от които е стабилен баланс между количеството топлина, произведена в тялото за единица време ( производство на топлина) и количеството топлина, разсеяно от тялото през същото време в околната среда ( пренос на топлина).

Температурата на човешката кожа в различни области варира от 24,4°C до 34,4°C. Най-ниска температура се наблюдава на пръстите на краката, най-висока в подмишницата. Въз основа на измерването на температурата в подмишницата обикновено се преценява телесната температура в даден момент.

Според средните данни средната температура на кожата на гол човек при комфортни температурни условия на въздуха е 33-34°C. Има дневни колебания в телесната температура. Амплитудата на трептенията може да достигне 1°C. Телесната температура е минимална в часовете преди зазоряване (3-4 часа) и максимална през деня (16-18 часа).

Известно е и явлението температурна асиметрия. Наблюдава се в приблизително 54% ​​от случаите, като температурата в лявата подмишница е малко по-висока от тази в дясната. Асиметрия е възможна и в други области на кожата, а тежестта на асиметрията над 0,5°C показва патология.

Б. Пренос на топлина. Баланс на генериране на топлина и пренос на топлина в човешкото тяло.

Жизнените процеси на човека се съпровождат от непрекъснато генериране на топлина в тялото му и отдаване на генерираната топлина в околната среда. Обменът на топлинна енергия между тялото и околната среда се нарича т топлообмен.Производството на топлина и преносът на топлина се причиняват от дейността на централната нервна система, която регулира метаболизма, кръвообращението, изпотяването и дейността на скелетните мускули.

Човешкото тяло е саморегулираща се система с вътрешен източник на топлина, в който нормални условияпроизводството на топлина (количеството генерирана топлина) е равно на количеството топлина, отдадена на външната среда (пренос на топлина). Постоянството на телесната температура се нарича изотермичен. Осигурява независимост на метаболитните процеси в тъканите и органите от температурни колебания заобикаляща среда.

Вътрешната температура на човешкото тяло е постоянна (36,5-37°C) поради регулирането на интензивността на топлопроизводството и топлообмена в зависимост от външната температура. И температурата на човешката кожа, когато е изложена на външни условия, може да варира в относително широк диапазон.

За 1 час човешкото тяло генерира толкова топлина, колкото е необходимо за кипене на 1 литър ледена вода. И ако тялото беше топлонепроницаем корпус, тогава в рамките на един час телесната температура ще се повиши с около 1,5 ° C и след 40 часа ще достигне точката на кипене на водата. При тежък физически труд отделянето на топлина се увеличава няколко пъти. И все пак телесната ни температура не се променя. Защо? Всичко е въпрос на балансиране на процесите на образуване и отделяне на топлина в тялото.

Водещият фактор, определящ нивото на топлинния баланс е температура на околната среда.При отклонение от комфортната зона в тялото се установява ново ниво на топлинен баланс, което осигурява изотермия в нови условия на околната среда. Това постоянство на телесната температура се осигурява от механизма терморегулация, включително процеса на генериране на топлина и процеса на отделяне на топлина, които се регулират от невроендокринния път.

Г. Концепцията за терморегулацията на тялото.

Терморегулация- това е набор от физиологични процеси, насочени към поддържане на относително постоянство на основната температура на тялото в условия на променящи се температури на околната среда чрез регулиране на производството на топлина и преноса на топлина. Терморегулацията е насочена към предотвратяване на нарушения в топлинния баланс на организма или възстановяването му, ако такива вече са възникнали, и се осъществява по неврохуморален път.

Общоприето е, че терморегулацията е характерна само за хомеотермични животни (те включват бозайници (включително хора) и птици), чието тяло има способността да поддържа температурата на вътрешните области на тялото на относително постоянно и доста високо ниво (около 37-38 ° C при бозайници и 40-42 ° C при птици), независимо от промените в температурата на околната среда.

Механизмът на терморегулация може да бъде представен като кибернетична система за самоконтрол с обратна връзка. Температурните колебания в околния въздух засягат специални рецепторни образувания ( терморецептори), чувствителни към температурни промени. Терморецепторите предават информация за топлинното състояние на органа към центровете за терморегулация, от своя страна центровете за терморегулация, чрез нервни влакна, хормони и други биологично активни вещества, променят нивото на пренос на топлина и производство на топлина или части на тялото (локална терморегулация ), или тялото като цяло. Когато центровете за терморегулация са изключени от специални химикали, тялото губи способността да поддържа постоянна температура. Тази функция се използва в медицината през последните години за изкуствено охлаждане на тялото по време на трудни хирургични операциина сърцето.

Кожни терморецептори.

Изчислено е, че хората имат приблизително 150 000 студени и 16 000 топлинни рецептора, които реагират на промените в температурата на вътрешните органи. Терморецепторите са разположени в кожата, вътрешни органи, дихателните пътища, скелетните мускули и централната нервна система.

Кожните терморецептори са бързо адаптивни и реагират не толкова на самата температура, колкото на нейните промени. Максималният брой рецептори се намира в главата и шията, минималният - на крайниците.

Рецепторите за студ са по-малко чувствителни и техният праг на чувствителност е 0,012°C (при охлаждане). Прагът на чувствителност на термичните рецептори е по-висок и възлиза на 0,007°C. Това вероятно се дължи на по-голямата опасност за тялото от прегряване.

Г. Видове терморегулация.

Терморегулацията може да бъде разделена на два основни вида:

1. Физическа терморегулация:

Изпаряване (изпотяване);

Радиация (радиация);

Конвекция.

2. Химична терморегулация.

Контрактилна термогенеза;

Неконтрактилна термогенеза.

Физическа терморегулация(процес, който отнема топлината от тялото) - осигурява запазването на постоянството на телесната температура чрез промяна на отделянето на топлина от тялото чрез проводимост през кожата (проводимост и конвекция), радиация (радиация) и изпаряване на водата. Освобождаването на постоянно генерирана в тялото топлина се регулира от промените в топлопроводимостта на кожата, подкожния мастен слой и епидермиса. Преносът на топлина до голяма степен се регулира от динамиката на кръвообращението в топлопроводимите и топлоизолационните тъкани. С повишаването на температурата на околната среда изпарението започва да доминира в преноса на топлина.

Проводимостта, конвекцията и излъчването са пасивни пътища за пренос на топлина, основани на законите на физиката. Те са ефективни само ако се поддържа положителен температурен градиент. Колкото по-малка е температурната разлика между тялото и околната среда, толкова по-малко топлина се отделя. При същите показатели или при високи температури на околната среда, посочените начини не само са неефективни, но и тялото се нагрява. При тези условия в организма се активира само един механизъм за отделяне на топлина – изпотяването.

При ниски температури на околната среда (15°C и по-ниски) около 90% от дневния пренос на топлина се дължи на топлопроводимост и топлинно излъчване. При тези условия не се получава видимо изпотяване. При температура на въздуха 18-22 ° C, преносът на топлина поради топлопроводимост и топлинно излъчване намалява, но загубата на топлина от тялото се увеличава чрез изпаряване на влагата от повърхността на кожата. Когато температурата на околната среда се повиши до 35°C, преносът на топлина чрез радиация и конвекция става невъзможен и телесната температура се поддържа на постоянно ниво единствено чрез изпаряване на вода от повърхността на кожата и алвеолите на белите дробове. При висока влажност на въздуха, при затруднено изпаряване на водата е възможно прегряване на тялото и развитие на топлинен удар.

При човек в покой, при температура на въздуха около 20°C и общ топлообмен от 419 kJ (100 kcal) на час, 66% се губят чрез радиация, изпарение на вода - 19%, конвекция - 15% от общото количество. загуба на топлина от тялото.

Химична терморегулация(процесът, който осигурява образуването на топлина в тялото) - осъществява се чрез метаболизма и чрез производството на топлина от тъкани като мускули, както и черния дроб, кафява мазнина, тоест чрез промяна на нивото на генериране на топлина - чрез повишаване или отслабване на интензивността на метаболизма в клетките на тялото. Когато органичните вещества се окисляват, се освобождава енергия. Част от енергията отива за синтеза на АТФ (аденозинтрифосфатът е нуклеотид, който играе изключително важна роля в обмена на енергия и вещества в организма). Тази потенциална енергия може да се използва от тялото в по-нататъшната му дейност. Всички тъкани са източник на топлина в тялото. Кръвта, която тече през тъканта, се нагрява. Повишаването на температурата на околната среда предизвиква рефлекторно намаляване на метаболизма, в резултат на което генерирането на топлина в тялото намалява. Когато температурата на околната среда се понижи, интензивността на метаболитните процеси рефлекторно се увеличава и генерирането на топлина се увеличава.

Активирането на химическата терморегулация възниква, когато физическата терморегулация е недостатъчна за поддържане на постоянна телесна температура.

Нека разгледаме тези видове терморегулация.

Физическа терморегулация:

Под физическа терморегулацияразбира набор от физиологични процеси, водещи до промени в нивото на пренос на топлина. Има следните начини тялото да отделя топлина в околната среда:

Изпаряване (изпотяване);

Радиация (радиация);

Топлопроводимост (проводимост);

Конвекция.

Нека ги разгледаме по-подробно:

1. Изпаряване (изпотяване):

Изпаряване (изпотяване)- е отделянето на топлинна енергия в околната среда поради изпаряването на пот или влага от повърхността на кожата и лигавиците на дихателните пътища. При хората потта се отделя постоянно от потните жлези на кожата ("осезаема" или жлезиста загуба на вода), а лигавиците на дихателните пътища се овлажняват ("незабележима" загуба на вода). В същото време „осезаемата“ загуба на вода от тялото оказва по-значително влияние върху общото количество топлина, отделена при изпарение, отколкото „неосезаемата“.

При околна температура около 20°C, изпарението на влага е около 36 g/h. Тъй като 0,58 kcal топлинна енергия се изразходват за изпаряването на 1 g вода в човек, лесно е да се изчисли, че чрез изпаряване тялото на възрастен човек отделя около 20% от общата разсеяна топлина в околната среда при тези условия. Повишаването на външната температура, извършването на физическа работа и продължителното пребиваване в топлоизолиращи дрехи засилват изпотяването и то може да се увеличи до 500-2000 g/h.

Човек не понася относително ниски температури на околната среда (32 ° C) във влажен въздух. Човек може да остане на напълно сух въздух без забележимо прегряване 2-3 часа при температура 50-55°C. Дрехите, които не пропускат въздух (гумени, дебели и др.), Които предотвратяват изпаряването на потта, също се понасят лошо: въздушният слой между дрехите и тялото бързо се насища с пара и по-нататъшното изпаряване на потта спира.

Процесът на пренос на топлина чрез изпарение, въпреки че е само един от методите на терморегулация, има едно изключително предимство - ако външната температура надвишава средната температура на кожата, тогава тялото не може да пренася топлина във външната среда чрез други методи на терморегулация ( радиация, конвекция и проводимост), които ще разгледаме по-долу. При тези условия тялото започва да абсорбира топлина отвън и единственият начин за разсейване на топлината е да се увеличи изпарението на влагата от повърхността на тялото. Такова изпарение е възможно, докато влажността на околния въздух остава под 100%. При интензивно изпотяване, висока влажност и ниска скорост на въздуха, когато капки пот, без да имат време да се изпарят, се сливат и изтичат от повърхността на тялото, преносът на топлина чрез изпарение става по-малко ефективен.

Когато потта се изпари, тялото ни освобождава енергията си. Всъщност, благодарение на енергията на нашето тяло, течните молекули (т.е. потта) разрушават молекулните връзки и преминават от течно в газообразно състояние. Енергията се изразходва за разрушаване на връзки и в резултат на това телесната температура намалява. Хладилникът работи на същия принцип. Той успява да поддържа температура в камерата много по-ниска от температурата на околната среда. Той прави това благодарение на консумираната електроенергия. И ние правим това, като използваме енергията, получена от разграждането на хранителните продукти.

Контролът върху избора на облекло може да помогне за намаляване на загубата на топлина от изпарение. Облеклото трябва да се избира въз основа на метеорологичните условия и текущата активност. Не бъдете мързеливи, за да свалите излишните дрехи, тъй като натоварването ви се увеличава. Ще се потите по-малко. И не бъдете мързеливи да го поставите отново, когато натоварването спре. Премахнете защитата от вода и вятър, ако няма дъжд или вятър, в противен случай дрехите ви ще се намокрят отвътре от потта ви. И когато влезем в контакт с мокри дрехи, ние също губим топлина чрез топлопроводимост. Водата провежда топлина 25 пъти по-добре от въздуха. Това означава, че в мокри дрехи губим топлина 25 пъти по-бързо. Ето защо е важно дрехите ви да са сухи.

Изпарението се разделя на 2 вида:

а) Неусетно изпотяване(без участието на потните жлези) е изпаряването на вода от повърхността на белите дробове, лигавиците на дихателните пътища и водата, проникваща през епитела на кожата (изпарението от повърхността на кожата се случва, дори когато кожата е суха ).

През дихателните пътища на ден се изпаряват до 400 мл вода, т.е. тялото губи до 232 kcal на ден. Ако е необходимо, тази стойност може да бъде увеличена поради термичен задух. Средно около 240 ml вода се просмуква през епидермиса на ден. Следователно, по този начин тялото губи до 139 kcal на ден. Тази стойност, като правило, не зависи от регулаторните процеси и различни фактори на околната среда.

b) Усещано изпотяване(с активното участие на потните жлези) - Това е пренос на топлина чрез изпаряване на потта. Средно на ден при комфортна температура на околната среда се отделят 400-500 ml пот, следователно се освобождават до 300 kcal енергия. Изпарението на 1 литър пот при човек с тегло 75 kg може да понижи телесната температура с 10°C. Въпреки това, ако е необходимо, обемът на изпотяване може да се увеличи до 12 литра на ден, т.е. Можете да загубите до 7000 kcal на ден чрез изпотяване.

Ефективността на изпарението до голяма степен зависи от околната среда: колкото по-висока е температурата и по-ниска влажност, толкова по-ефективно е изпотяването като механизъм за пренос на топлина. При 100% влажност изпарението е невъзможно. При висока атмосферна влажност високите температури се понасят по-трудно, отколкото при ниска влажност. Във въздух, наситен с водна пара (например в баня), потта се отделя в големи количества, но не се изпарява и изтича от кожата. Такова изпотяване не допринася за пренос на топлина: само тази част от потта, която се изпарява от повърхността на кожата, е важна за преноса на топлина (тази част от потта представлява ефективно изпотяване).

2. Радиация (радиация):

Радиация (радиация)- това е метод за пренасяне на топлина към околната среда от повърхността на човешкото тяло под формата на електромагнитни вълни в инфрачервения диапазон (a = 5-20 микрона). Благодарение на радиацията всички обекти, чиято температура е над абсолютната нула, отделят енергия. Електромагнитното излъчване преминава свободно през вакуум, атмосферният въздух също може да се счита за „прозрачен“ за него.

Както знаете, всеки предмет, който се нагрява над температурата на околната среда, излъчва топлина. Всички го усетиха, седейки около огъня. Огънят излъчва топлина и нагрява предметите около него. В същото време огънят губи топлината си.

Човешкото тяло започва да излъчва топлина веднага щом температурата на околната среда падне под повърхностната температура на кожата. За да предотвратите загубата на топлина чрез радиация, трябва да защитите откритите части на тялото. Това се прави с помощта на облекло. Така създаваме слой въздух в дрехите между кожата и околната среда. Температурата на този слой ще бъде равна на телесната температура и загубата на топлина от радиация ще намалее. Защо загубата на топлина не спира напълно? Защото сега нагретите дрехи ще излъчват топлина, губейки я. И дори да облечете още един пласт дрехи, няма да спрете радиацията.

Количеството топлина, разсейвано от тялото в околната среда чрез радиация, е пропорционално на повърхността на радиацията (площта на тялото, непокрита от дрехи) и разликата в средните температури на кожата и заобикаляща среда. При температура на околната среда 20°C и относителна влажност на въздуха 40-60% тялото на възрастен човек разсейва около 40-50% от общата топлина, отделена от радиацията. Ако температурата на околната среда надвиши средната температура на кожата, човешкото тяло, абсорбирайки инфрачервените лъчи, излъчвани от околните предмети, се затопля.

Преносът на топлина чрез излъчване се увеличава, когато температурата на околната среда намалява, и намалява, когато се повишава. При условия на постоянна околна температура радиацията от повърхността на тялото се увеличава с повишаване на температурата на кожата и намалява с нейното понижаване. Ако средните температури на повърхността на кожата и околната среда се изравнят (температурната разлика стане нула), тогава предаването на топлина чрез излъчване става невъзможно.

Възможно е да се намали преносът на топлина на тялото чрез радиация чрез намаляване на повърхността на радиацията - промяна в позицията на тялото. Например, когато кучето или котката са студени, те се свиват на топка, като по този начин намаляват повърхността за пренос на топлина; когато е горещо, животните, напротив, заемат позиция, при която топлообменната повърхност се увеличава колкото е възможно повече. Човек, който се „свива на топка“, докато спи в студена стая, не е лишен от този метод на физическа терморегулация.

3. Топлинна проводимост (проводимост):

Топлинна проводимост (проводимост)- това е метод на пренос на топлина, който възниква по време на контакт, контакт на човешкото тяло с други физически тела. Количеството топлина, отдадено от тялото на околната среда по този начин, е пропорционално на разликата в средните температури на контактуващите тела, площта на контактуващите повърхности, времето на термичен контакт и топлопроводимостта на контактуващите тяло.

Загубата на топлина чрез проводимост възниква, когато има директен контакт със студен обект. В този момент нашето тяло се отдава от топлината си. Скоростта на загуба на топлина зависи до голяма степен от топлопроводимостта на обекта, с който влизаме в контакт. Например топлопроводимостта на камъка е 10 пъти по-висока от тази на дървото. Следователно, седейки на камък, ние ще загубим топлина много по-бързо. Вероятно сте забелязали, че седенето на камък е някак по-студено от седенето на дънер.

Решение? Изолирайте тялото си от студени предмети, като използвате лоши проводници на топлина. Просто казано, например, ако пътувате в планината, тогава, когато си почивате, седнете на туристическо килимче или вързоп дрехи. През нощта не забравяйте да поставите постелка за пътуване под спалния си чувал, която е подходяща за метеорологичните условия. Или в в краен случай, дебел слой суха трева или борови иглички. Земята провежда (и следователно „поема“) топлина добре и се охлажда силно през нощта. През зимата не пипайте метални предмети с голи ръце. Използвайте ръкавици. При силни студове металните предмети могат да причинят локално измръзване.

Сухият въздух и мастната тъкан се характеризират с ниска топлопроводимост и са топлоизолатори (лоши топлопроводници). Дрехите намаляват преноса на топлина. Загубата на топлина се предотвратява от слоя неподвижен въздух, който се намира между дрехите и кожата. Колкото по-фина е клетъчната структура, съдържаща въздух, толкова по-високи са топлоизолационните свойства на облеклото. Това обяснява добрите топлоизолационни свойства на облеклото от вълна и кожа, което позволява на човешкото тяло да намали разсейването на топлината чрез топлопроводимост. Температурата на въздуха под дрехите достига 30°C. И обратно, голото тяло губи топлина, тъй като въздухът на повърхността му непрекъснато се променя. Следователно температурата на кожата на голите части на тялото е много по-ниска от тази на облечените части.

Влажният въздух, наситен с водни пари, се характеризира с висока топлопроводимост. Следователно престоят на човек в среда с висока влажност и ниска температура е придружен от повишена загуба на топлина от тялото. Мокрите дрехи също губят изолационните си свойства.

4. Конвекция:

Конвекция- това е метод за пренос на топлина от тялото, осъществяван чрез пренасяне на топлина чрез движещи се частици въздух (вода). За разсейване на топлината чрез конвекция е необходим въздушен поток с по-ниска температура от температурата на кожата върху повърхността на тялото. В този случай слоят въздух в контакт с кожата се нагрява, намалява плътността си, повдига се и се заменя с по-студен и по-плътен въздух. При температура на въздуха 20°C и относителна влажност 40-60%, тялото на възрастен разсейва около 25-30% топлина в околната среда чрез топлопроводимост и конвекция (основна конвекция). С увеличаване на скоростта на въздушния поток (вятър, вентилация), интензивността на топлообмена (принудителна конвекция) също се увеличава значително.

Същността на процеса на конвекция е следната- тялото ни загрява въздуха в близост до кожата; нагрятият въздух става по-лек от студения и се издига нагоре и се заменя със студен въздух, който отново се нагрява, става по-лек и се заменя със следващата порция студен въздух. Ако нагрятият въздух не се улавя с дрехи, тогава този процес ще бъде безкраен. Всъщност не дрехите ни топлят, а въздухът, който улавят.

Когато духа вятър, ситуацията се влошава. Вятърът носи огромни порции незагрят въздух. Дори когато облечем топъл пуловер, вятърът не струва нищо, за да изгони топлия въздух от него. Същото се случва, когато се движим. Тялото ни се „блъска“ във въздуха и той тече около нас, действайки като вятър. Това също увеличава загубата на топлина.

Какво решение? Носете ветроустойчив слой: ветровка и ветроустойчиви панталони. Не забравяйте да защитите врата и главата си. Поради активното кръвообращение в мозъка, шията и главата са най-горещите зони на тялото, така че загубата на топлина от тях е много голяма. Освен това в студено време трябва да избягвате проветриви места както по време на шофиране, така и при избора на място за нощувка.

Химична терморегулация:

Химична терморегулациягенерирането на топлина се извършва поради промени в нивото на метаболизма (окислителни процеси), причинени от микровибрация на мускулите (колебания), което води до промяна в образуването на топлина в тялото.

Източникът на топлина в тялото са екзотермичните реакции на окисляване на протеини, мазнини, въглехидрати, както и хидролизата на АТФ (аденозинтрифосфатът е нуклеотид, който играе изключително важна роля в метаболизма на енергията и веществата в организма; на първо място, това съединение е известно като универсален източник на енергия за всички биохимични процеси, протичащи в живите системи). Когато хранителните вещества се разграждат, част от освободената енергия се натрупва в АТФ, а част се разсейва под формата на топлина (първична топлина - 65-70% от енергията). Когато се използват високоенергийни връзки на ATP молекули, част от енергията се използва за извършване на полезна работа, а част се разсейва (вторична топлина). По този начин два топлинни потока - първичен и вторичен - са производство на топлина.

Химическата терморегулация е важна за поддържане на постоянна телесна температура както при нормални условия, така и при промяна на температурата на околната среда. При хората се наблюдава повишено генериране на топлина поради повишаване на скоростта на метаболизма, особено когато температурата на околната среда се понижи оптимална температура, или зона на комфорт. За човек, облечен в обикновено светло облекло, тази зона е в рамките на 18-20°C, а за гол човек е 28°C.

Оптималната температура във вода е по-висока от тази във въздуха. Това се дължи на факта, че водата, която има висок топлинен капацитет и топлопроводимост, охлажда тялото 14 пъти повече от въздуха, следователно в хладна баня метаболизмът се увеличава значително повече, отколкото при излагане на въздух при същата температура.

Най-интензивното генериране на топлина в тялото се случва в мускулите. Дори ако човек лежи неподвижно, но с напрегнати мускули, интензивността на окислителните процеси и в същото време генерирането на топлина се увеличава с 10%. Малката физическа активност води до увеличаване на генерирането на топлина с 50-80%, а тежката мускулна работа - с 400-500%.

Черният дроб и бъбреците също играят значителна роля в химическата терморегулация. Температурата на кръвта на чернодробната вена е по-висока от температурата на кръвта на чернодробната артерия, което показва интензивно генериране на топлина в този орган. Когато тялото се охлажда, производството на топлина в черния дроб се увеличава.

Ако е необходимо да се увеличи производството на топлина, в допълнение към възможността за получаване на топлина отвън, тялото използва механизми, които увеличават производството на топлинна енергия. Такива механизми включват контрактиленИ неконтрактилна термогенеза.

1. Контрактилна термогенеза.

Този тип терморегулация работи, ако ни е студено и трябва да повишим телесната си температура. Този метод се състои от мускулна контракция. Когато мускулите се свиват, хидролизата на АТФ се увеличава, следователно потокът от вторична топлина, използвана за затопляне на тялото, се увеличава.

Волевата дейност на мускулната система се осъществява главно под влиянието на кората мозъчни полукълба. В този случай е възможно увеличаване на производството на топлина с 3-5 пъти в сравнение със стойността на основния метаболизъм.

Обикновено, когато температурата на околната среда и температурата на кръвта се понижат, първата реакция е повишаване на терморегулаторния тонус(косата по тялото „настръхва“, появяват се „настръхвания“). От гледна точка на механиката на свиване, този тон е микровибрация и ви позволява да увеличите производството на топлина с 25-40% от първоначалното ниво. Обикновено в създаването на тонус участват мускулите на шията, главата, торса и крайниците.

При по-значителна хипотермия терморегулаторният тонус преминава в особен вид мускулна контракция - студени мускулни тремори, при което мускулите не извършват полезна работа и съкращението им е насочено единствено към генериране на топлина Студеното треперене е неволна ритмична дейност на повърхностно разположените мускули, в резултат на което метаболитните процеси на организма значително се засилват, консумацията на кислород и въглехидрати от мускулната тъкан се увеличава, което води до повишено генериране на топлина. Треперенето често започва в мускулите на врата и лицето. Това се обяснява с факта, че на първо място трябва да се повиши температурата на кръвта, която тече към мозъка. Смята се, че производството на топлина при студено треперене е 2-3 пъти по-високо, отколкото при доброволна мускулна активност.

Описаният механизъм работи на рефлекторно ниво, без участието на нашето съзнание. Но можете също да повишите телесната си температура с съзнателна двигателна активност. При извършване на физическа активност с различна интензивност производството на топлина се увеличава 5-15 пъти в сравнение с нивото на покой. През първите 15-30 минути продължителна работа температурата в сърцевината се повишава доста бързо до относително стационарно ниво, след което остава на това ниво или продължава бавно да се покачва.

2. Неконтрактилна термогенеза:

Този тип терморегулация може да доведе както до повишаване, така и до понижаване на телесната температура. Осъществява се чрез ускоряване или забавяне на катаболитните метаболитни процеси (окисление на мастни киселини). А това от своя страна ще доведе до намаляване или увеличаване на производството на топлина. Благодарение на този тип термогенеза, нивото на производство на топлина при човек може да се увеличи 3 пъти в сравнение с нивото на основния метаболизъм.

Регулирането на процесите на неконтрактилна термогенеза се осъществява чрез активиране на симпатиковата нервна система, производството на тиреоидни хормони и надбъбречната медула.

Д. Контрол на терморегулацията.

Хипоталамус.

Системата за терморегулация се състои от редица елементи с взаимосвързани функции. Информацията за температурата идва от терморецепторите и пътува до мозъка чрез нервната система.

Играе важна роля в терморегулацията хипоталамус. Той съдържа основните центрове на терморегулация, които координират множество и сложни процеси, които осигуряват поддържането на телесната температура на постоянно ниво.

Хипоталамус- това е малка област в диенцефалона, която включва голям брой групи клетки (над 30 ядра), които регулират невроендокринната активност на мозъка и хомеостазата (способността да поддържа постоянството на вътрешното си състояние) на тялото. Хипоталамусът е свързан невронни пътищас почти всички части на централната нервна система, включително кората, хипокампуса, амигдалата, малкия мозък, мозъчния ствол и гръбначния мозък. Заедно с хипофизната жлеза хипоталамусът образува хипоталамо-хипофизната система, в която хипоталамусът контролира освобождаването на хипофизните хормони и е централната връзка между нервната и ендокринна система. Секретира хормони и невропептиди и регулира функции като глад и жажда, телесна терморегулация, сексуално поведение, сън и бодърстване (циркадни ритми). Последните проучвания показват, че хипоталамусът също играе важна роля в регулирането на висши функции, като памет и емоционално състояние, и по този начин участва във формирането на различни аспекти на поведението.

Разрушаването на хипоталамусните центрове или нарушаването на нервните връзки води до загуба на способността за регулиране на телесната температура.

Предният хипоталамус съдържа неврони, които контролират процесите на пренос на топлина.(осигуряват физическата терморегулация - вазоконстрикция, изпотяване).При разрушаване на невроните на предния хипоталамус организмът не понася високи температури, но физиологичната активност при студени условия се запазва.

Невроните на задния хипоталамус контролират процесите на генериране на топлина(осигуряват химическа терморегулация - повишено топлоотдаване, мускулни тремори).Ако са увредени, способността за увеличаване на енергийния обмен е нарушена, така че тялото не понася добре студа.

Термочувствителните нервни клетки на преоптичната област на хипоталамуса директно „измерват“ температурата на артериалната кръв, протичаща през мозъка, и са силно чувствителни към температурни промени (способни да разграничат разликата в температурата на кръвта от 0,011 ° C). Съотношението на чувствителните към студ и топлина неврони в хипоталамуса е 1:6, така че централните терморецептори се активират предимно, когато температурата на „ядрото“ на човешкото тяло се повиши.

Въз основа на анализа и интегрирането на информацията за температурата на кръвта и периферните тъкани, средната (интегрирана) стойност на телесната температура непрекъснато се определя в преоптичната област на хипоталамуса. Тези данни се предават чрез интеркаларни неврони към група неврони в предния хипоталамус, които задават определено ниво на телесна температура в тялото - „зададената точка“ на терморегулацията. Въз основа на анализа и сравненията на средната телесна температура и зададената температура, която трябва да се регулира, механизмите на „зададената точка“ чрез ефекторните неврони на задния хипоталамус влияят върху процесите на пренос на топлина или производство на топлина, за да доведат до действителната и задайте температура в съответствие.

По този начин, благодарение на функцията на центъра за терморегулация, се установява баланс между производството на топлина и преноса на топлина, което позволява поддържане на телесната температура в оптимални граници за жизнените функции на тялото.

Ендокринна система.

Хипоталамусът контролира процесите на производство на топлина и пренос на топлина, изпращане нервни импулсикъм жлезите с вътрешна секреция, главно щитовидната жлеза и надбъбречните жлези.

Участие щитовидната жлезав терморегулацията се дължи на факта, че влиянието ниска температураводи до повишено отделяне на неговите хормони (тироксин, трийодтиронин), които ускоряват метаболизма и съответно образуването на топлина.

Роля надбъбречните жлезисе свързва с тяхното освобождаване на катехоламини в кръвта (адреналин, норепинефрин, допамин), които чрез увеличаване или намаляване на окислителните процеси в тъканите (например, мускулите) увеличават или намаляват производството на топлина и стесняват или разширяват кожните съдове, променяйки нивото на на пренос на топлина.

1) Въведение…………………………………………………………………………………….3

2) Пойкилотермия, хетеротермия, хомеотермия………………………...4

3) Принципи на регулиране на телесната температура, топлинен баланс…………...5

4) Физиология на теморецепторите…………………………………………………………6

5) Центрове за терморегулация……………………………………………...8

а) топлообменни центрове………………………………………………...9

б) центрове за производство на топлина …………………………………………..10

6) Механизми за производство на топлина…………………………………………..10

а) контрактилна термогенеза………………………………………11

б) неконтрактилна термогенеза……………………………………12

7) Механизми за пренос на топлина………………………………………………………………….12

а) топлопроводимост………………………………………………………………...13

б) топлинно излъчване……………………………………………………….13

в) конвекция…………………………………………………………..14

г) изпаряване…………………………………………………………..14

8) Метаболизъм………………………………………………………….16

9) Храна…………………………………………………………………….17

10) Заключение………………………………………………………………...20

11) Списък с литература……………………………………..23

ВЪВЕДЕНИЕ

Колкото и разнообразни да са формите на проявление на живота, те винаги са неразривно свързани с трансформацията на енергията. Енергийният метаболизъм е характеристика, присъща на всяка жива клетка. Богатите на енергия хранителни вещества се абсорбират и химически преобразуват, а метаболитните крайни продукти с по-ниско енергийно съдържание се освобождават от клетката. Според първия закон на термодинамиката енергията не изчезва и не се появява отново. Организмите трябва да получават енергия в достъпна за тях форма от околната среда и да връщат подходящо количество енергия в околната среда във форма, по-малко подходяща за по-нататъшна употреба.

Преди около век френският физиолог Клод Бернар установи, че живият организъм и околната среда образуват единна система, тъй като между тях има непрекъснат обмен на вещества и енергия. Нормалното функциониране на тялото се поддържа от регулирането на вътрешните компоненти, което изисква разход на енергия. Използването на химическа енергия в тялото се нарича енергиен метаболизъм: той служи като индикатор за общото състояние и физиологичната активност на тялото.

Обменните (или метаболитни) процеси, по време на които се синтезират специфични елементи на тялото от абсорбираните храни, се наричат ​​анаболизъм; Съответно тези метаболитни процеси, по време на които структурните елементи на тялото или абсорбираните хранителни продукти претърпяват разпадане, се наричат ​​катаболизъм.

Живият организъм произвежда топлина, която се използва за затопляне на тялото. Специфичният топлинен капацитет на човешкото тяло (количеството топлина, необходимо за нагряване на тъканта с 1°C) е средно 0,83 kcal/kg на 1 градус (за водата - 1 kcal/kg на градус). За повишаване на телесната температура на човек с тегло 70 kg с 1° трябва да се изразходват 58,1 kcal (0,83 70). Средно човек с тегло 70 kg в покой отделя около 72 kcal/час. Следователно, ако нямаше втори процес - пренос на топлина, тогава човешките тъкани биха се нагрявали с 1,24 ° (72:58,1) всеки час. Това обаче не се случва, тъй като обикновено, при условия на покой, скоростта на производство на топлина е равна на скоростта на нейната загуба. Това се нарича топлинен баланс, който се основава на процесите на регулиране на производството на топлина и преноса на топлина. Всичко това заедно се нарича терморегулация.

ПОИКИЛОТЕРМИЯ, ХЕТЕРОТЕРМИЯ, ХОМЕОТЕРМИЯ

В еволюцията на системата за терморегулация има по-нисък етап, при който телесната температура на животното зависи главно от температурата на околната среда: когато тя намалява, телесната температура също пада и обратно. Това състояние на телесната температура се нарича пойкилотермия, а животните се наричат ​​пойкилотермични. Типичен представител на пойкилотермите е жабата. През зимата телесната температура на жабата достига нула. В това състояние тя все още е в състояние да прави дълги скокове, но не повече от 12-15 см. През лятото телесната й температура достига 20-25 ° C и тя може да скочи много по-далеч - до 1 м. Обикновено през условия на ниски температури, пойкилотермните животни преминават в състояние на спряна анимация. Има микроорганизми, за които оптималната температура на околната среда варира от 0 ° C до минус 60 ° C, например микроби, живеещи в лед, или, обратно, микроорганизми, които могат да издържат на температури на околната среда от +70 ° C до + 120 ° C, за например микроби от горещ извор.

Механизми на производство на топлина и пренос на топлина.

А – ролята на органите в производството на топлина

Б – ролята на органите в топлообмена

Редица животни, например прилепи, гризачи, някои видове птици, например колибри, принадлежат към групата на хетеротермните организми: при някои условия те са пойкилотермни организми, при други те са хомеотермни.

Бозайниците са хомеотермни организми (топлокръвни), при които се наблюдава изотермия или постоянство на телесната температура. Изотермията обаче е относителна: температурата на тъканите, разположени не по-дълбоко от 3 cm от повърхността на тялото (кожа, подкожна тъкан, повърхностни мускули) или черупка, до голяма степен зависи от външната температура, докато сърцевината на тялото, т.е. централната нервна система, вътрешните органи, скелетните мускули, разположени по-дълбоко от 3 cm, имат относително постоянна температура, независимо от температурата на околната среда. По този начин топлокръвните животни имат пойкилотермична обвивка и хомеотермично „ядро“ или „ядро“.

Органи за производство на топлина и контрол на производството на топлина.

K - кора, Kzh - кожа, CGt - центрове на хипоталамуса, Sdc - вазомоторен център, Pm - продълговат мозък, Sm - гръбначен мозък, Gf - хипофизна жлеза, TG - тиреостимулиращ хормон, Vhs - ендокринни жлези, Gm - хормони , M - мускул , Pch – черен дроб, Ptr – храносмилателен тракт, a, b – поток от трим импулси.

При хората средната температура на мозъка, кръвта и вътрешните органи достига 37°C. Физиологичната граница за колебания в тази температура е 1,5°. Промяната на температурата на кръвта и вътрешните органи на човек с 2-2,5 ° C от средното ниво е придружена от нарушение на физиологичните функции, а телесната температура над 43 ° C е практически несъвместима с човешкия живот.

ПРИНЦИПИ НА РЕГУЛИРАНЕ НА ТЕЛЕСНАТА ТЕМПЕРАТУРА,

ТОПЛИНЕН БАЛАНС

Температурата на ядрото (тялото) се определя от два потока - топлоотдаване (топлопроизводство) и топлообмен (топлоотдаване). В термонеутралната или комфортна зона (при 27-32°C) има баланс между производството на топлина и преноса на топлина. Например при условия на физиологичен покой тялото произвежда около 1,18 kcal/минута (или около 70 kcal на час) и същото количество топлина се отделя в околната среда. При ниски температури на околната среда, въпреки защитния механизъм, загубата на топлина от тялото се увеличава. При тези условия, за да поддържа телесната температура, тялото трябва еквивалентно да увеличи производството на топлина. По този начин възниква ново ниво на топлинен баланс. Например при температура на въздуха 10°C топлообменът достига 120 kcal/час (при комфортни условия - 70 kcal/час), следователно, за да се поддържа телесната температура на постоянно ниво, производството на топлина също трябва да се увеличи до 120 kcal/ час.

При високи температури на околната среда, например при 40°C, преносът на топлина е значително намален, например до 40 kcal/час (вместо 70 kcal/час в комфортна среда). За да се поддържа постоянна телесна температура, производството на топлина също трябва да намалее до приблизително 40 kcal/час. Установява се ново ниво на термичен баланс, което осигурява поддържане на телесната температура.

По този начин водещият фактор, определящ нивото на топлинния баланс, е температурата на околната среда.

Като се има предвид, че производството на топлина варира в зависимост от вида на физическата активност на човек, а количеството на преноса на топлина до голяма степен зависи от температурата на околната среда, необходими са механизми за регулиране на производството на топлина и топлообмена. Те се осъществяват с участието на специализирани мозъчни структури, обединени в центъра за терморегулация. Принципът на регулиране е, че управляващото устройство (център за терморегулация) получава информация от терморецепторите. Въз основа на тази информация той генерира команди, поради които активността на контролните обекти (работни структури, които определят интензивността на производството на топлина и пренос на топлина) се променя, така че да възникне ново ниво на топлинен баланс, в резултат на което се поддържа телесната температура на постоянно ниво. Системата за терморегулация може да работи в режим на проследяване или на принципа на несъответствието - променила се е температурата на кръвта, промени се активността на контролните обекти. Системата за терморегулация обаче осигурява и по-мек начин за поддържане на постоянна телесна температура, който се основава на принципа на регулиране чрез смущение: открива се промяна в температурата на околната среда и без да се чака тя да се отрази в кръвта температура, в системата се появяват команди, които променят работата на контролните обекти по такъв начин, че температурата на кръвта да остане постоянна. В допълнение, системата за терморегулация може също да работи в режим на предсказуем контрол, т.е. ранен контрол (това условни рефлекси): човек тъкмо ще излезе на зимната улица, но производството на топлина вече се увеличава, което е необходимо, за да компенсира топлинните загуби, които човек ще изпита на открито при ниски температури. Във всички случаи, за оптимално регулиране на интензивността на топлопродукция и топлообмен, е необходима информация за телесната температура (ядрото и черупката). Предава се в централната нервна система от терморецепторите.

ФИЗИОЛОГИЯ НА ТЕРМОРЕЦЕПТОРИТЕ

Терморецепторите са разположени в различни области на кожата, във вътрешните органи (стомах, черва, матка, пикочен мехур), в дихателните пътища, лигавиците, роговицата, скелетните мускули, кръвоносните съдове, включително артериите, аортните и каротидните зони, много големи вени, както и в мозъчната кора, гръбначния мозък, ретикуларната формация, средния мозък, хипоталамуса.

Терморецепторите на централната нервна система са най-вероятно неврони, които едновременно служат като рецептори и ролята на аферентен неврон.

Най-пълно са изучени терморецепторите на кожата. Най-много терморецептори има на скалпа (лицето) и шията. Средно има 1 терморецептор на 1 mm2 кожна повърхност. Кожните терморецептори се делят на студови и топлинни. От своя страна студените се разделят на действителни студени (специфични), които реагират само на промени в температурата, и тактилно-студени или неспецифични, които могат едновременно да реагират както на промени в температурата, така и на налягането.

Рецепторите за студ се намират на дълбочина 0,17 mm от повърхността на кожата. Общо те са около 250 хиляди. Те реагират на промените в температурата с кратък латентен период. В този случай честотата на потенциала на действие зависи линейно от температурата в диапазона от 41° до 10°C: колкото по-ниска е температурата, толкова по-висока е честотата на импулса. Оптималната чувствителност е в диапазона от 15° до 30°C, а по някои данни - до 34°C.

Термичните рецептори се намират по-дълбоко - на разстояние 0,3 mm от повърхността на кожата. Общо те са около 30 хиляди. Те реагират линейно на температурни промени в диапазона от 20° до 50°C: колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е честотата на генериране на потенциал за действие. Оптималната чувствителност е в рамките на 34-43°C.

Сред студените и термичните рецептори има популации от рецептори, които са различни по чувствителност: някои реагират на промяна на температурата, равна на 0,1 ° C (високо чувствителни рецептори), други - на промяна на температурата, равна на 1 ° C (рецептори със средна чувствителност) , а други - до промяна на 10°C (високопрагови или нискочувствителни рецептори).

Информацията от кожните рецептори преминава към централната нервна система чрез аферентни влакна от група А-делта и през влакна от група С; тя достига до централната нервна система с различна скорост. Най-вероятно импулсите от студените рецептори преминават по A-делта влакна.

Импулсът от кожните рецептори навлиза в гръбначния мозък, където се намират вторите неврони, пораждайки спиноталамичния път, който завършва във вентробазалните ядра на таламуса, откъдето част от информацията навлиза в сензомоторната зона на кората на главния мозък, а някои – към центровете за терморегулация на хипоталамуса.

Висшите части на централната нервна система (кората и лимбичната система) осигуряват формирането на топлинно усещане (топло, студено, топлинен комфорт, топлинен дискомфорт). Усещането за комфорт се основава на потока от импулси от терморецепторите на черупката (главно кожата). Следователно тялото може да бъде „излъгано“ - ако в условия на висока температура охладите тялото с хладка вода, както се случва при плуване в жегата през лятото, тогава се създава усещане за топлинен комфорт.

ЦЕНТРОВЕ ЗА ТЕРМОРЕГУЛАЦИЯ

Терморегулацията се осъществява главно с участието на централната нервна система, въпреки че са възможни и някои процеси на терморегулация без централната нервна система. По този начин е известно, че кръвоносните съдове на кожата могат сами да реагират на студ: поради термочувствителността на гладкомускулните клетки към студа, гладката мускулатура се отпуска, следователно при студа първо възниква рефлексен спазъм, който се придружава болезнено усещане, а след това съдът се разширява поради директния ефект на студа върху гладкомускулните клетки. По този начин комбинацията от два регулаторни механизма позволява, от една страна, да запази топлината, а от друга, да предотврати кислородния глад на тъканите.

Центровете за терморегулация са, в широк смисъл, колекция от неврони, участващи в терморегулацията. Те се намират в различни области на централната нервна система, включително мозъчната кора, лимбичната система (амигдала комплекс, хипокампус), таламуса, хипоталамуса, средния мозък, медулата и гръбначния мозък. Всяка част от мозъка изпълнява свои собствени задачи. По-специално, кората, лимбичната система и таламусът осигуряват контрол върху дейността на хипоталамичните центрове и гръбначните структури, формиращи адекватно поведение на човека при различни температурни условия на околната среда (работна поза, облекло, волева двигателна активност) и усещане за топлина, студ или комфорт . С помощта на мозъчната кора се осъществява предварителна (ранна) терморегулация - формират се условни рефлекси. Например, човек, който планира да излезе навън през зимата, предварително увеличава производството на топлина.

Симпатиковата и соматичната нервна система участват в терморегулацията. Симпатиковата система регулира процесите на производство на топлина (гликогенолиза, липолиза), процесите на топлообмен (изпотяване, пренос на топлина чрез топлинно излъчване, топлопроводимост и конвекция - поради промени в тонуса на кожните съдове). Соматичната система регулира тоничното напрежение, доброволната и неволната фазова активност на скелетните мускули, т.е. процесите на контрактилна термогенеза.

Хипоталамусът играе основна роля в терморегулацията. Той прави разлика между клъстери от неврони, които регулират преноса на топлина (център за пренос на топлина) и производството на топлина.

Съществуването на такива центрове в хипоталамуса е открито за първи път от C. Bernard. Той произвежда „термична инжекция“ (механично дразни хипоталамуса на животното), след което телесната температура се повишава.

Животните с унищожени ядра на преоптичния регион на хипоталамуса не понасят високи температури на околната среда. раздразнение токов ударТези структури водят до разширяване на кожните съдове, изпотяване и поява на термичен задух. Това натрупване на ядра (главно паравентрикуларни, супраоптични, супрахиазматични) се нарича „център за пренос на топлина“.

Когато невроните в задните части на хипоталамуса са унищожени, животното не понася добре студа. Електрическата стимулация на тази област предизвиква повишаване на телесната температура, мускулни тремори и увеличаване на липолизата и гликогенолизата. Смята се, че тези неврони са концентрирани главно в областта на вентромедиалните и дорзомедиалните ядра на хипоталамуса. Натрупването на тези ядра се нарича "център за производство на топлина".

Разрушаването на центровете за терморегулация превръща хомеотермния организъм в пойкилотермичен.

Според К. П. Иванов (1983, 1984) в центровете за производство на топлина и пренос на топлина има сензорни, интегриращи и еферентни неврони. Сензорните неврони възприемат информация от терморецепторите, разположени по периферията, както и директно от кръвта, която измива невроните. К. П. Иванов разделя сензорните неврони на два вида: 1) тези, които възприемат информация от периферните терморецептори и 2) тези, които възприемат температурата на кръвта. Информация от сензорни невронистига до интегриращи неврони, където цялата информация за състоянието на температурата на ядрото и обвивката на тялото се сумира, т.е. тези неврони „изчисляват“ средната телесна температура. След това информацията се изпраща до командни неврони, в които текущата стойност на средната телесна температура се сравнява с дадено ниво. Въпросът за невроните, които задават това ниво, остава открит. Но вероятно има такива неврони и те могат да бъдат разположени в кората, лимбичната система или, по-вероятно, в хипоталамуса. Така че, ако в резултат на сравнение се разкрие отклонение от дадено ниво, тогава еферентните неврони се възбуждат: в центъра на топлообмена това са неврони, които регулират изпотяването, тонуса на кожните съдове, обема на циркулиращата кръв , а в центъра на производството на топлина това са неврони, които регулират процеса на образуване на топлина. Остава неясно дали всеки център (топлопренос и производство на топлина) се занимава с „изчисления“ и взема решения самостоятелно, или има друг отделен център, където се извършва този процес.

Топлообменни центрове.Когато еферентните неврони на центъра за пренос на топлина са възбудени, тонусът на кожните съдове може да намалее. Това се постига благодарение на влиянието на еферентните неврони на центъра за пренос на топлина („кожни съдове“) върху вазомоторния център, което от своя страна засяга активността на гръбначните симпатикови неврони, които изпращат поток от импулси към гладките мускули на кожни съдове. В резултат на това, когато невроните на хипоталамуса на „съдовете на кожата“ са възбудени, тонусът на съдовете на кожата намалява, кръвообращението на кожата се увеличава и преносът на топлина се увеличава поради топлинно излъчване, топлопроводимост и конвекция. Повишеният приток на кръв към кожата също насърчава изпотяването (загуба на топлина чрез изпаряване). Ако промяната в кръвния поток на кожата не е достатъчна за пренос на топлина, тогава невроните се възбуждат, което води до освобождаване на кръв от кръвните депа и по този начин до увеличаване на обема на пренос на топлина. Ако този механизъм не допринася за нормализиране на температурата, тогава се възбуждат еферентните неврони на центъра за пренос на топлина, които възбуждат симпатиковите неврони, които активират потните жлези; тези неврони на хипоталамуса могат условно да се нарекат „неврони, регулиращи потта“, или неврони които регулират изпотяването. Симпатиковите неврони, които активират изпотяването, са разположени в страничните колони гръбначен мозък(Th 2 -L 2), а постганглионарните неврони са локализирани в симпатиковите ганглии. Постганглионарните влакна, отиващи към потните жлези, са холинергични; техният медиатор е ацетилхолин, който повишава активността на потните жлези чрез взаимодействие с неговите М-холинергични рецептори (блокер - атропин).

Центрове за производство на топлина.Еферентните неврони на центъра за производство на топлина също могат да бъдат разделени на няколко типа, всеки от които активира съответния механизъм за производство на топлина.

а) Някои неврони, когато са възбудени, активират симпатиковата система, в резултат на което се увеличава интензивността на процесите на генериране на енергия (липолиза, гликогенолиза, гликолиза, окислително фосфорилиране). По-специално, симпатиковите нерви, поради взаимодействието на техния медиатор (норепинефрин) с бета-адренергичните рецептори, активират процесите на гликогенолиза и гликолиза в черния дроб и процесите на липолиза в кафявата мазнина.

В същото време, когато симпатиковата нервна система е възбудена, се увеличава секрецията на хормоните на надбъбречната медула - адреналин и норепинефрин, които увеличават производството на топлина в черния дроб, скелетните мускули, кафявата мазнина, активирайки гликогенолизата, гликолизата и липолизата.

б) В хипоталамуса има еферентни неврони, които влияят на хипофизната жлеза и чрез нея - на щитовидната жлеза: производството на йодсъдържащи хормони (Т 3 и Т 4) се увеличава, което може би се дължи на разединяването на процесите на окислителното фосфорилиране, увеличават потока на първична топлина, т.е. под тяхно влияние натрупването на енергия в АТФ намалява и по-голямата част от енергията се разсейва под формата на топлина.

в) В хипоталамичния център за производство на топлина има и популация от еферентни неврони, чието възбуждане води до появата на терморегулаторен тонус (в същото време се повишава тонусът в скелетните мускули, поради което производството на топлина се увеличава с приблизително 40-60%) или възникват фазови съкращения на отделни мускулни мускули
влакна, които се наричат ​​„тремор“. Във всички тези случаи командата от еферентните неврони на хипоталамуса в крайна сметка се предава на алфа моторните неврони. Централният треморен тракт е еферентен път, който преминава от хипоталамуса към алфа моторните неврони през междинни образувания, по-специално през тегментума на средния мозък (тектоспинален тракт) и през червеното ядро ​​(руброспинален тракт). Подробностите за този път все още не са ясни.

МЕХАНИЗМИ ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА ТОПЛИНА

Източникът на топлина в тялото са екзотермични реакции на окисляване на протеини, мазнини, въглехидрати, както и хидролиза на АТФ. По време на хидролизата на хранителните вещества част от освободената енергия се натрупва в АТФ, а част се разсейва под формата на топлина (първична топлина). При използване на енергията, акумулирана в AHF, част от енергията се използва за извършване на полезна работа, а част се разсейва под формата на топлина (вторична топлина). По този начин два топлинни потока - първичен и вторичен - са производство на топлина. Когато температурата на околната среда е висока или човек влезе в контакт с горещо тяло, тялото може да получи част от топлината отвън (екзогенна топлина).

Ако е необходимо да се увеличи производството на топлина (например при условия на ниска околна температура), в допълнение към възможността за получаване на топлина отвън, в тялото има механизми, които увеличават производството на топлина.

Класификация на механизмите за производство на топлина:

1. Контрактилна термогенеза - производство на топлина в резултат на свиване на скелетните мускули:

а) произволна дейност на опорно-двигателния апарат;

б) терморегулаторен тонус;

в) студени мускулни тремори или неволна ритмична активност на скелетните мускули.

2. Неконтрактилна термогенеза или термогенеза без треперене (произвеждане на топлина в резултат на активиране на гликолиза, гликогенолиза и липолиза):

а) в скелетните мускули (поради разединяване на окислителното фосфорилиране);

б) в черния дроб;

в) в кафява мазнина;

г) поради специфичното динамично действие на храната.

Контрактилна термогенеза

Когато мускулите се свиват, хидролизата на АТФ се увеличава и следователно потокът от вторична топлина, използвана за затопляне на тялото, се увеличава. Волевата мускулна дейност се осъществява главно под влиянието на мозъчната кора. Човешкият опит показва, че в условия на ниска околна температура движението е необходимо. Поради това се реализират условни рефлексни действия и се увеличава доброволната двигателна активност. Колкото по-високо е, толкова по-високо е производството на топлина. Възможно е да се увеличи 3-5 пъти спрямо стойността на основния метаболизъм. Обикновено при понижаване на околната температура и температурата на кръвта първата реакция е повишаване на терморегулаторния тонус. За първи път е идентифициран през 1937 г. при животни и през 1952 г. при хора. С помощта на електромиографския метод беше показано, че с повишаване на мускулния тонус, причинено от хипотермия, електрическата активност на мускулите се увеличава. От гледна точка на механиката на контракцията хеморегулаторният тон е микровибрация. Средно, когато се появи, производството на топлина се увеличава с 20-45% от първоначалното ниво. При по-значителна хипотермия терморегулаторният тонус преминава в мускулни студени тремори. Терморегулаторният тонус е по-икономичен от мускулния тремор. Обикновено в създаването му участват мускулите на главата и шията.

Треперенето или студените мускулни тремори е неволна ритмична активност на повърхностно разположените мускули, в резултат на което производството на топлина се увеличава в сравнение с първоначалното ниво с 2-3 пъти. Обикновено треперенето се появява първо в мускулите на главата и шията, след това в торса и накрая в крайниците. Смята се, че ефективността на производството на топлина при треперене е 2,5 пъти по-висока, отколкото при волева дейност.

Сигналите от невроните на хипоталамуса преминават през „централния треморен път“ (тектум и червено ядро) до алфа моторните неврони на гръбначния мозък, откъдето сигналите се придвижват до съответните мускули, предизвиквайки тяхната активност. Субстанции, подобни на кураре (мускулни релаксанти) блокират развитието на терморегулаторен тонус и студено треперене, като блокират Н-холинергичните рецептори. Това се използва за създаване на изкуствена хипотермия и също се взема предвид при провеждането хирургични интервенцииза които се използват мускулни релаксанти.

Неконтрактилна термогенеза

Осъществява се чрез увеличаване на окислителните процеси и намаляване на ефективността на окислителното фосфорилиране. Основните места за производство на топлина са скелетните мускули, черният дроб и кафявата мазнина. Благодарение на този тип термогенеза производството на топлина може да се увеличи 3 пъти.

В скелетните мускули повишаването на неконтрактилната термогенеза е свързано с намаляване на ефективността на окислителното фосфорилиране поради разединяването на окислението и фосфорилирането, в черния дроб - главно чрез активиране на гликогенолизата и последващо окисление на глюкозата. Кафявата мазнина увеличава производството на топлина поради липолиза (под влияние на симпатикови влияния и адреналин). Кафявата мазнина се намира в тилната област, между лопатките, в медиастинума по протежение на големите съдове, в подмишниците. При условия на покой около 10% от топлината се генерира в кафявата мазнина. При охлаждане ролята на кафявата мазнина рязко се увеличава. По време на студената адаптация (сред жителите на арктическите зони) се увеличава масата на кафявата мазнина и нейният принос към общото производство на топлина.

Регулирането на процесите на неконтрактилна термогенеза се осъществява чрез активиране симпатикова системаи производството на тиреоидни хормони (те разединяват окислителното фосфорилиране) и надбъбречната медула.

МЕХАНИЗМИ ЗА ТОПЛОПРЕДАВАНЕ

По-голямата част от топлината се генерира във вътрешните органи. Следователно вътрешният поток от топлина трябва да се приближи до кожата, за да бъде отстранен от тялото. Преносът на топлина от вътрешните органи се осъществява чрез топлопроводимост (по-малко от 50% от топлината се пренася по този начин) и конвекция, т.е. пренос на топлина и маса. Кръвта, поради високия си топлинен капацитет, е добър проводник на топлина.

Вторият топлинен поток е потокът, насочен от кожата към околната среда. Нарича се външен поток. Когато се разглеждат механизми за пренос на топлина, това обикновено е потокът, който се има предвид.

Топлината се предава на околната среда чрез 4 основни механизма:

1) изпаряване;

2) топлопроводимост;

3) топлинно излъчване;

4) конвекция.

Механизми за пренос на топлина и контрол на отделянето на топлина.

K - кора, Kzh - кожа, CGt - центрове на хипоталамуса, Sdc - вазомоторен център, PM - продълговат мозък, Sm - гръбначен мозък, Gf - хипофизна жлеза, TG - тиреостимулиращ хормон, Gvs - ендокринни жлези, Gm - хормони , Ptr - храносмилателен тракт, Ks - кръвоносни съдове, L - бели дробове, a, b - поток от аферентни импулси.

Приносът на всеки механизъм за пренос на топлина се определя от състоянието на околната среда и скоростта на производство на топлина в тялото. При условия на топлинен комфорт по-голямата част от топлината се отделя поради топлопроводимост, топлинно излъчване и конвекция и само 19-20% чрез изпарение. При високи температури на околната среда до 75-90% от топлината се отделя поради изпарение.

Топлопроводимост- Това е начин за пренос на топлина към тяло, което е в пряк контакт с човешкото тяло. Колкото по-ниска е температурата на това тяло, толкова по-висок е температурният градиент, толкова по-висока е скоростта на загуба на топлина поради този механизъм. Обикновено този метод на топлообмен се ограничава до облеклото и въздушния слой, които са добри топлоизолатори, както и до подкожния мастен слой. Колкото по-дебел е този слой, толкова по-малка е вероятността да прехвърли топлина към студено тяло.

Топлинно излъчване- пренос на топлина от участъци от кожата, непокрити с дрехи. Осъществява се чрез дълговълново инфрачервено лъчение, поради което този вид топлообмен се нарича още радиационен топлообмен. В условията на топлинен комфорт до 60% от топлината се отделя благодарение на този механизъм. Ефективността на топлинното излъчване зависи от температурния градиент (колкото е по-висок, толкова повече топлина се отделя), от площта, от която се излъчва излъчването, от броя на обектите в околната среда, които поглъщат инфрачервените лъчи.

Конвекция.Въздухът в контакт с кожата се нагрява и издига, мястото му се заема от "студена" част от въздуха и т.н. По този начин, поради пренос на топлина и маса, до 15% от топлината се отделя при условия на топлинен комфорт.

Във всички тези механизми кожната кръвообращение играе важна роля: когато неговата интензивност се увеличи поради намаляване на тонуса на гладкомускулните клетки на артериолите и затварянето на артериовенозните шънтове, топлообменът се увеличава значително. Това се улеснява и от увеличаване на обема на циркулиращата кръв: колкото по-голяма е стойността му, толкова по-голяма е възможността за пренос на топлина в околната среда. В студа протичат противоположни процеси - кожният кръвен поток намалява, включително поради директното прехвърляне на артериална кръв от артериите към вените, заобикаляйки капилярите, обемът на циркулиращата кръв намалява и поведенческата реакция също се променя: човек или животно инстинктивно приема позиция „извиване“, защото В този случай площта на топлообмен се намалява с 35%, при животните това също е придружено от реакцията - „настръхва“ - издигането на кожни косми (пилоерекция), което увеличава клетъчността на кожата и намалява възможността за пренос на топлина.

Ръцете заемат малка част от повърхността на тялото - само 6%, но кожата им пренася до 60% от топлината, използвайки механизма на сухо пренасяне на топлина (топлинно излъчване, конвекция).

Изпарение.Преносът на топлина възниква поради изразходването на енергия (0,58 kcal на 1 ml вода) за изпаряване на водата. Има два вида изпарение или изпотяване: нечувствително и осезаемо изпотяване.

а) незабележимо изпотяване е изпаряване на вода от лигавиците на дихателните пътища и вода, която прониква през епитела на кожата (тъканна течност). През деня през дихателните пътища обикновено се изпаряват до 400 ml вода, т.е. 400x0,58 kcal = 232 kcal/ден. Ако е необходимо, тази стойност може да бъде увеличена поради така наречената термична диспнея, която се причинява от влиянието на невроните на центъра за пренос на топлина върху респираторните неврони на мозъчния ствол.

Средно около 240 ml вода се просмуква през епидермиса на ден. Следователно, поради това се дават 240 0,58 kcal = 139 kcal/ден. Тази стойност не зависи от регулаторни процеси и различни фактори на околната среда.

И двата вида нечувствително изпотяване ви позволяват да дадете (400 + 240) 0,58 = 371 kcal на ден.

б) усетено изпотяване (загуба на топлина чрез изпаряване на потта).Средно 400-500 ml пот се отделят на ден при комфортна температура на околната среда, следователно се отделят до 300 kcal. Въпреки това, ако е необходимо, обемът на изпотяване може да се увеличи до 12 l/ден, т.е. почти 7000 kcal на ден могат да бъдат загубени чрез изпотяване. За един час потните жлези могат да произведат до 1,5 литра, а според някои източници – до 3 литра пот.

Ефективността на изпарението до голяма степен зависи от околната среда: колкото по-висока е температурата и колкото по-ниска е влажността на въздуха (насищането на въздуха с водни пари), толкова по-ефективно е изпотяването като механизъм за пренос на топлина. Когато въздухът е 100% наситен с водна пара, изпарението е невъзможно.

Потните жлези се състоят от крайна част или тяло и потен канал, който се отваря навън като потна пора. Според характера на секрецията потните жлези се делят на екринни (мерокринни) и апокринни. Апокринните жлези са локализирани главно в подмишницата, в срамната област, както и в срамните устни, перинеума и ареолата на млечната жлеза. Апокринните жлези отделят мастна субстанция, богата на органични съединения. Спорен е въпросът за тяхната инервация - някои твърдят, че тя е адренергична, други смятат, че тя напълно липсва и производството на секрети зависи от хормоните на надбъбречната медула (адреналин и норепинефрин).

Модифицираните апокринни жлези са цилиарните жлези, разположени в клепачите близо до миглите, както и жлезите, които произвеждат ушна калотвън Ушния канали носни жлези (вестибуларни жлези). Апокринните жлези обаче не участват в изпарението. Екринните или мерокринните потни жлези се намират в кожата на почти всички части на тялото. Общо те са повече от 2 милиона (въпреки че има хора, при които почти напълно липсват). Най-много потни жлези има по дланите и стъпалата (над 400 на 1 cm2) и в кожата на пубиса (около 300 на 1 cm2). Скоростта на изпотяване, както и активирането на потните жлези, варират в широки граници в различните части на тялото.

Химическият състав на потта е хипотоничен разтвор: съдържа 0,3% натриев хлорид (почти 0,9% в кръвта), урея, глюкоза, аминокиселини, амоний и малки количества млечна киселина. pH на потта варира от 4,2 до 7, със средно pH = 6. Специфичното тегло е 1,001-1,006. Тъй като потта е хипотонична среда, по време на обилно изпотяване се губи повече вода, отколкото соли, и може да настъпи повишаване на осмотичното налягане в кръвта. По този начин прекомерното изпотяване е изпълнено с промени във водно-солевия метаболизъм.

Потните жлези се инервират от симпатиковите холинергични влакна - в техните окончания се отделя ацетилхолин, който взаимодейства с М-холинергичните рецептори, увеличавайки производството на пот. Преганглионарните неврони са разположени в страничните колони на гръбначния мозък на ниво Th 2 -L 2, а постганглионарните неврони са разположени в симпатиковия ствол.

Ако е необходимо да се увеличи преносът на топлина чрез изпотяване, се активират невроните на кората, лимбичната система и главно хипоталамуса. От невроните на хипоталамуса сигналите отиват към невроните на гръбначния мозък и постепенно включват различни области на кожата в процеса на изпотяване: първо лицето, челото, шията, след това торса и крайниците.

Има различни начини за активно въздействие върху процеса на изпотяване. Например, много антипиретици или антипиретици: аспирин и други салицилати увеличават изпотяването и по този начин намаляват телесната температура (повишеният пренос на топлина се осъществява чрез изпаряване). Потогонно действие имат и съцветията от липа, малините, листата от подбел.

МЕТАБОЛИЗЪМ

Метаболизмът е процесът на метаболизъм на веществата, влизащи в тялото, в резултат на което от тези вещества могат да се образуват по-сложни или, обратно, по-прости вещества.

Човешкото тяло, подобно на организмите на други представители на животинския и растителния свят, е отворена термодинамична система. То непрекъснато получава поток от безплатна енергия. В същото време освобождава енергия в околната среда, предимно амортизирана (свързана). Благодарение на тези два потока ентропията на живия организъм (степента на безредие, хаос, деградация) остава на постоянно (минимално) ниво. Когато по някаква причина потокът от свободна енергия (негентропия) намалее (или се увеличи образуването на свързана енергия), тогава общата ентропия на организма се увеличава, което може да доведе до неговата термодинамична смърт.

Според термодинамиката на живите системи животът е борба срещу ентропията, борба между подредеността на системата и деградацията. Според добре известното уравнение на Пригожин минималното увеличение на ентропията се получава, ако скоростта на негентропийния поток е равна на скоростта на ентропийния поток в средата.

Безплатната енергия за тялото може да дойде само от храната. Той се натрупва в сложни химични връзки на протеини, мазнини и въглехидрати. За да освободят тази енергия, хранителните вещества първо претърпяват хидролиза и след това окисляване при анаеробни или аеробни условия.

По време на процеса на хидролиза, който протича в стомашно-чревния тракт, се освобождава малка част от свободната енергия (по-малко от 0,5%). Не може да се използва за нуждите на биоенергията, тъй като не се акумулира от макроерги като АТФ. Тя се преобразува само в топлинна енергия (първична топлина), която се използва от тялото за поддържане на температурната хомеостаза.

Вторият етап на освобождаване на енергия е процесът на анаеробно окисление. По-специално, около 5% от общата свободна енергия от глюкозата се освобождава по този начин, когато се окислява до млечна киселина. Тази енергия обаче се натрупва от макроергичния АТФ и се използва за извършване на полезна работа, например за мускулна контракция, за задействане на натриево-калиевата помпа, но в крайна сметка също се преобразува в топлина, която се нарича вторична топлина.

Етап 3 е основният етап на освобождаване на енергия - до 94,5% от цялата енергия, която може да бъде освободена при условията на тялото. Този процес се осъществява в цикъла на Кребс: в него се извършва окислението на пирогроздена киселина (продукт на окисление на глюкоза) и ацетил коензим А (продукт на окисление на аминокиселини и мастни киселини). В процеса на аеробно окисление се освобождава свободна енергия в резултат на отнемането на водорода и прехвърлянето на неговите електрони и протони по веригата на дихателните ензими към кислорода. В този случай освобождаването на енергия не става едновременно, а постепенно, така че по-голямата част от тази свободна енергия (приблизително 52-55%) може да се натрупа в макроергична енергия (ATP). Останалото се дължи на "несъвършенство" биологично окислениегуби като първична топлина. След използване на свободната енергия, съхранявана в АТФ, за извършване на полезна работа, тя се преобразува във вторична топлина.

Така цялата свободна енергия, която се освобождава по време на окисляването на хранителните вещества, в крайна сметка се превръща в топлинна енергия. Следователно измерването на количеството топлинна енергия, освободена от тялото, е метод за определяне на енергийния разход на тялото.

В резултат на окисляването глюкозата, аминокиселините и мастните киселини в тялото се превръщат във въглероден диоксид и вода.

Енергийният метаболизъм на животинския организъм (обмен метаболизъм) се състои от основния метаболизъм и работната добавка към основния метаболизъм. Първоначалната стойност на нивото на метаболитните процеси е основният метаболизъм. Тези стандартни условия за определяне на основния метаболизъм характеризират онези фактори, които могат да повлияят на интензивността на метаболитните процеси при хората. Например скоростта на метаболизма е подложена на дневни колебания, които се увеличават сутрин и намаляват през нощта. Интензивността на метаболизма също се увеличава с физически и умствена работа. Консумацията на хранителни вещества и по-нататъшното им смилане оказват значително влияние върху нивото на метаболизма, особено ако хранителните вещества са от протеинов характер. Това явление се нарича специфичен динамичен ефект на храната.Повишаването на интензивността на метаболизма след ядене на протеинови храни може да продължи 12-18 часа.И накрая, ако температурата на околната среда падне под комфортната температура, тогава интензивността на метаболитните процеси се увеличава . Изместванията към охлаждане водят до по-голямо увеличение на метаболизма, отколкото съответните измествания към повишаване на температурата.

Дори при пълно и стриктно спазване на стандартните условия стойността на основния метаболизъм при здрави хора може да варира. Тази променливост се обяснява с разликите във възрастта, пола, височината и телесното тегло. По правило стойността от 4,2 kJ/kg h се приема като приблизителна стойност за стандартната (базова) скорост на метаболизма; за човек с тегло 70 kg, съответната основна метаболитна скорост е приблизително 7100 kJ/ден (1700 kcal/ден).

ХРАНЕНЕ

Храненето е процес на усвояване от организма на вещества, необходими за изграждане и обновяване на тъканите на тялото му, както и за покриване на енергийните разходи.

Като цяло, развитието на хранителните нужди на животинските организми включваше процеса на ограничаване на техния собствен синтез на редица съединения с едновременно разширяване на консумацията органични съединенияопределени видове. Това доведе до изолирането на цяла група вещества, които са незаменими за висшите животни и хората, тоест необходими за метаболизма, но не се синтезират самостоятелно.

Използването на хранителни продукти, състоящи се предимно от сложни съединения от растителен или животински произход, за енергийни или пластични нужди на тялото е възможно само след хидролиза на тези продукти и превръщането им в относително прости съединения, лишени от видова специфичност. Хранителните нужди на различните животински видове са различни в зависимост от това какви хранителни вещества организмът може да синтезира и кои трябва да идват отвън. И все пак повечето разлики в хранителните нужди се дължат на начина, по който храната се усвоява (хидролизира). Това се дължи на факта, че във висшите животински организми междинните метаболитни процеси протичат по подобен начин.

В метаболизма (метаболизма) и енергията се разграничават два процеса: анаболизъм и катаболизъм. Под анаболизъм се разбира набор от процеси, насочени към изграждане на структурите на тялото главно чрез синтеза на сложни органични вещества; катаболизмът е набор от процеси на разлагане на сложни органични съединения и използване на относително прости вещества, образувани в процеса на енергиен обмен. Анаболизмът и катаболизмът се основават на процесите съответно на асимилация и дисимилация, които са взаимосвързани в тялото и балансирани в нормално тяло.

Като цяло нуждите на животните са доста хомогенни: те се нуждаят от хранителни вещества с подобна структура за обмен на енергия; във вещества като аминокиселини, пурини и някои липиди за изграждане на сложни протеинови молекули и клетъчни структури; в специални метаболитни катализатори и стабилизатори на клетъчни мембрани; в неорганични йони и съединения за физични и химични процеси в тялото и накрая в универсален биологичен разтворител - вода - за създаване на среда за клетъчен метаболизъм.

В крайна сметка храната на високоорганизираните организми включва органични вещества, по-голямата част от които са протеини, липиди и въглехидрати. Продуктите от тяхната хидролиза - аминокиселини, мастни киселини, глицерол и монозахариди - се изразходват за енергийно снабдяване на тялото. В процесите на енергиен обмен аминокиселините, мастните киселини и монозахаридите са свързани помежду си чрез общи пътища на тяхната трансформация. Следователно, като енергийни носители, хранителните вещества могат да се обменят в съответствие с тяхната енергийна стойност (изодинамично правило).

Енергийната (калорична) стойност на храната се оценява по количеството топлинна енергия, отделена при изгарянето на 1 g хранително вещество (физиологична топлина на изгаряне), което традиционно се изразява в килокалории или според SI - в джаули (1 kcal = 4,187 kJ). Изчисленията показват, че енергийната стойност на мазнините (38,9 kJ/g; 9,3 kcal/g) е два пъти по-висока от тази на протеините и въглехидратите (17,2 kJ/g; 4,1 kcal/g). Протеините и въглехидратите са с еднаква енергийна стойност и могат да се заменят 1:1 в тегловно съотношение.

За да се поддържа стационарно състояние на тялото, общите енергийни разходи трябва да бъдат покрити от доставката на хранителни вещества, които носят еквивалентен запас от енергия в техните химически връзки. Ако количеството на входящата храна не е достатъчно, за да покрие енергийните разходи, тогава енергийните разходи се компенсират от вътрешни резерви, главно мазнини. Ако масата на входящата храна по отношение на енергийните носители надвишава консумацията на енергия, тогава протича процесът на натрупване на мазнини, независимо от състава на храната.

Винаги обаче трябва да се помни, че тези три източника на енергия са и пластичният материал на животинския организъм. Следователно, дългосрочното изключване на едно от трите хранителни вещества от диетата и заместването му с енергийно еквивалентно количество друго вещество е неприемливо.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Животът включва непрекъснат разход на енергия, която е необходима за функционирането на тялото. От гледна точка на термодинамиката живите организми принадлежат към отворени системи, тъй като за своето съществуване непрекъснато обменят вещества и енергия с външната среда. Източник на енергия за живите организми са химичните преобразувания на органични вещества, идващи от околната среда. Превръщането на тези вещества от сложни в прости води до освобождаване на енергия, съдържаща се в химичните връзки. Енергията се извлича от химичните връзки главно с изразходването на молекулярен кислород (аеробен метаболизъм); Окисляването в редица вериги се предхожда от безкислородно разцепване (анаеробен метаболизъм).

Основният енергиен акумулатор за използване в клетъчните процеси е аденозин трифосфат (АТФ). С помощта на енергията на АТФ е възможно да се синтезират протеини, клетъчно делене, да се поддържа техният осмотичен градиент, мускулна контракция и т.н. Според първия закон на термодинамиката, химическата енергия на АТФ, преминавайки през междинни етапи, в крайна сметка се превръща в топлина, която се губи от тялото. Следователно интензивността на енергийния обмен на тялото е сумата от енергийните разходи за функционирането на клетъчните системи, натрупаната енергия и нейната загуба под формата на топлина.

Животът на организма зависи от протичането на химични реакции с превръщането на всички видове енергия в топлина. Скоростта на химичните реакции и следователно енергийният обмен зависи от температурата на тъканите. Топлината като крайна трансформация на енергия е способна да се движи от област с по-висока температура към област с по-ниска температура. Температурата на тъканите се определя от съотношението на скоростта на метаболитно производство на топлина от техните клетъчни структури и скоростта на разсейване на получената топлина в околната среда. Следователно топлообменът между организма и външната среда е съществено условие за съществуването на животинските организми. За поддържане на нормална (оптимална) телесна температура животинските организми имат система за регулиране на топлообмена с околната среда.

Животинските организми се делят на пойкилотермни и хомеотермни. Пойкилотермите (стоящи на по-ниските нива на филогенетичната стълба) имат несъвършени, но все още доста ефективни механизми на терморегулация. Тези механизми включват система за химическа температурна компенсация, която позволява поддържане на стабилен обмен на енергия по време на значителни промени в телесната температура, поведенческа терморегулация (избор на оптимална температура на околната среда) и температурен хистерезис (способност за улавяне на топлина от външната среда по-бързо, отколкото загуба).

Хомеотермията е по-късна придобивка в еволюцията на животинския свят. Наистина хомеотермичните животни включват птици и бозайници, тъй като тези животни са в състояние да поддържат постоянна телесна температура в рамките на 2°C въпреки относително големите колебания на външната температура.

Хомеотермията се основава на по-високо ниво на енергиен обмен, отколкото при пойкилотермичните животни, поради повишената роля на тиреоидните хормони, които стимулират функционирането на клетъчната натриева помпа. Високият енергиен обмен е довел до формирането на перфектни механизми за регулиране на топлинната енергия в тялото.

Редица животни принадлежат към групата на хетеротермните организми: при някои условия те са пойкилотермни организми, при други те са хомеотермни.

За да поддържат постоянна телесна температура, хомеотермичните животни имат химична и физическа терморегулация. Физическата терморегулация се осъществява чрез промяна на топлопроводимостта на покривните тъкани на тялото (промени в кръвния поток на кожата, пилоерекция, изпаряване на влагата от повърхността на тялото или устната кухина).

Химическата терморегулация се осъществява чрез увеличаване на генерирането на топлина в тялото. Има два основни източника на химическа терморегулация (регулирано генериране на топлина): контрактилна термогенеза, дължаща се на доброволната активност на опорно-двигателния апарат, терморегулаторен тонус и мускулни тремори, и неконтрактилна термогенеза, дължаща се на кафявата мастна тъкан, специфичното динамично действие на храната, и т.н.

Топлообменът се контролира от активността на терморецепторите, информацията от които се изпраща до центъра за терморегулация на хипоталамуса, който контролира реакциите на химическата и физическата терморегулация.

Продължителният престой в условия на висока или ниска температура на околната среда води до значителни промени в свойствата на тялото, повишавайки устойчивостта му към действието на съответните температурни фактори.

Изграждането и обновяването на телесните тъкани, както и покриването на енергийните разходи на организма трябва да се осигуряват чрез пълноценно хранене. В метаболизма и енергията се разграничават два процеса: анаболизъм и катаболизъм. Под анаболизъм се разбира набор от процеси, насочени към изграждане на структурите на тялото главно чрез синтеза на сложни органични вещества. Катаболизмът е набор от процеси на разграждане на сложни органични вещества с цел освобождаване на енергия. Анаболизмът и катаболизмът се основават на процесите на асимилация и дисимилация, които са взаимосвързани и съответно балансирани.

Хранителните нужди на животните са доста еднакви: необходими вещества за обмен на енергия (протеини, мазнини, въглехидрати), вещества за изграждане на сложни протеинови молекули и клетъчни структури (аминокиселини, пурини, липиди, въглехидрати), специални метаболитни катализатори (витамини) и стабилизатори на клетъчната мембрана (антиоксиданти), неорганични йони и универсалния биологичен разтворител - вода.

Енергийната стойност на храната се определя от количеството топлинна енергия, отделена при изгарянето на 1 g хранително вещество (физиологична топлина на изгаряне).

Рационалното хранене означава достатъчно по количество и пълноценно по качество хранене. Основата на рационалното хранене е балансът, т.е. оптималното съотношение на консумираната храна. Балансираната диета трябва да включва протеини, мазнини и въглехидрати в масово съотношение приблизително 1:1:4. По отношение на качеството храната трябва да бъде пълноценна, т.е. да съдържа протеини (включително незаменими аминокиселини), незаменими мастни киселини (т.нар. витамин F), витамини, повечето от които са част от каталитичните системи, както и голяма група витамини. -подобни вещества, неорганични елементи и вода.

БИБЛИОГРАФИЯ

1) McMurray V. Метаболизъм при хора. М., 1980.

2) Нортън А., Едхолм О. Човек в студени условия. М., 1957.

3) Общ курс по физиология на човека и животните / под редакцията на А. Д. Ноздрачев. М., 1991. книга. 2.

4) Основи на физиологията / изд. П. Стерки. М., 1984.

5) Slonim A.D. Еволюция на терморегулацията. Л., 1986.

6) Физиология на терморегулацията: Ръководство по физиология / под редакцията на К. П. Иванова. Л., 1984.

7) Човешка физиология / изд. N.A. Агаджанян, V.I. Циркин. Санкт Петербург, 1998 г.

8) Човешка физиология / изд. Р. Шмид, Г. Тевс. М., 1986. Т. 4.

Ако температурата на тялото надвишава температурата на околната среда, тогава тялото ще отдаде топлина на околната среда. Топлината се отделя в околната среда чрез излъчване, топлопроводимост, конвекция и изпарение.

Повишаването на температурата на околната среда над телесната води до повишаване на телесната температура поради радиация и проводимост. При тези условия отделянето на излишната топлина и охлаждането се извършват само чрез изпарение. Движението на въздуха в близост до кожата увеличава скоростта на изпарение и по този начин увеличава ефективността на загубата на топлина (охлаждащ ефект на вентилатора).

Физическа терморегулация (пренос на топлина). Ако температурата на тялото надвишава температурата на околната среда, тогава тялото ще отдаде топлина на околната среда. Топлината се отделя в околната среда радиация, топлопроводимост, конвекция и изпарение.

Радиация. Гол човек при стайна температура губи около 60% от топлината, отделена от излъчване на инфрачервени вълни с дължина 760 nm.

Конвекция (15% отдадена топлина) - загуба на топлина чрез пренос на движещи се частици въздух или вода. Количеството топлина, загубено чрез конвекция, се увеличава с увеличаване на скоростта на въздуха (вентилатор, вятър). Във водата количеството топлина, предадено чрез проводимост и конвекция, е многократно по-голямо, отколкото във въздуха.

Извършване- контактен топлопренос ( 3% отделена топлина), когато повърхността на тялото влезе в контакт с физически тела (стол, под, възглавница, дрехи и др.).

Радиация, конвекция и проводимост възникват, когато телесната температура е по-висока от температурата на околната среда . Ако повърхностната температура на тялото е равна или по-ниска от температурата на околната среда, тогава тези методи за загуба на топлина от тялото стават неефективни. Например при нормални условия топлопроводимостта играе малка роля, т.к въздухът и дрехите не провеждат топлина добре.

Изпарение- необходим механизъм за отделяне на топлина при високи температури. Изпаряването на водата от повърхността на тялото води до загуба 2,43 kJ (0,58 kcal)топлина за всеки грам изпарена вода.

Нематериален изпарение - резултат от непрекъсната дифузия на водни молекули през кожата и дихателните повърхности, не се контролира от системата за регулиране на температурата.Дори и без видимо изпотяване, водата се изпарява от повърхността на кожата и белите дробове, вариращи от 700 – 850 мл вода в един ден(300 – 350 ml – от повърхността на белите дробове, 400 – 500 ml – от повърхността на кожата) , което води до топлинни загуби на поръчката 12-16 kcal/час.

Интензивността на процеса зависи от относителна влажност : Във въздух, наситен с водни пари, не се получава изпарение. Следователно в банята потта се отделя в големи количества, но не се изпарява и изтича от повърхността на кожата - неефективно изпотяване .

При тежка физическа работа при високи температури на околната среда изпотяването може да достигне 10–12 л/ден.След тежки мускулни упражнения, той се освобождава чрез изпаряване. 75% топлина, радиация - 12%, конвекция 13% (за сравнение: в почивка на 20 0 СЪС – делът на радиацията е 66%, изпарението - 19%, конвекцията - 15%).

Заедно с потта се губи голямо количество соли (предимно натриев хлорид) и витамин С. В тази връзка трябва значително да се разшири консумацията на тези вещества в диетата на хората, работещи в горещи магазини и в горещ климат.

Участвайте в преноса на топлина кожата, лигавиците, белите дробове, сърдечно-съдовата и отделителната система .

Особено важна роля в процесите на пренос на топлина играе състоянието на кожните съдове, както и честотата на сърдечните контракции и дишането.

Сърдечно-съдовата система влияе върху интензивността на преноса на топлина поради преразпределението на кръвта в съдовете и промените в обема на циркулиращата кръв.

На студено кожни кръвоносни съдове, главно артериоли, тесни; отварят се артериовенозни анастомози. Това намалява количеството кръв в капилярите. В резултат на това топлоизолацията на тялото се увеличава и топлината се задържа чрез ограничаване на топлообмена. Поради преразпределението на кръвта, обемната скорост на кръвния поток във вътрешните органи се увеличава - това помага да се запази топлината в тях - реакция на запазване на топлината .

Когато температурата на околната среда се повиши:

1) кожните съдове се разширяват, количеството кръв, циркулираща в тях, се увеличава;

2) обемът на циркулиращата кръв се увеличава поради прехвърлянето на вода от тъканите към съдовете и освобождаването на кръв от далака и други кръвни депа. В резултат на това преносът на топлина чрез радиация и конвекция се увеличава.

Дихателната система – подобен резултат се получава при учестяване на дишането поради отстраняването на повече нагрят въздух от тялото. Това е особено важно при животни, които не се изпотяват ( или липса на потни жлези, или гъста коса, която затруднява изпотяването)– кучета, котки и др. При повишаване на температурата на околната среда се развиват термична диспнея – много бързо, но изключително плитко дишане. Увеличава изпарението на вода от устната лигавица и горните дихателни пътища.

Преносът на топлина е предотвратен :

1) подкожен мастен слой – поради ниската топлопроводимост на мазнините;

2) плат – поради факта, че между него и кожата има слой неподвижен въздух, който е лош проводник на топлина (температурата му достига 30 0 С). Колкото по-ситно мрежеста е нейната структура, толкова по-добри са топлоизолационните свойства на облеклото – вълна и козина. Облеклото, което е непропускливо за въздух (гума), се понася лошо - въздушният слой между него и тялото бързо се насища с водни пари и изпарението спира.

3) промяна в позицията на тялото : когато е студено, животните се „свиват на топка“, което намалява повърхността за пренос на топлина; когато е горещо, напротив, те заемат позиция, в която се увеличава;

4) кожна мускулна реакция - за хората има елементарно значение ("гъша кожа"), при животните променя клетъчността на козината, в резултат на което се подобрява топлоизолационната роля на вълната.

Постоянността на телесната температура се осигурява от съвместното действие на механизми, които регулират, от една страна, интензивността на метаболизма и производството на топлина, което зависи от него (химическа терморегулация), и от друга, пренос на топлина (физическа терморегулация).

По този начин, полезен адаптивен резултат активността на разглежданата функционална система е постоянството не на температурата на кожата (температурна „черупка“), а температура на вътрешните органи (температура "ядро")

ФУНКЦИОНАЛНА СИСТЕМА, ОСИГУРЯВАЩА ПОСТОЯННА ТЕЛЕСНА ТЕМПЕРАТУРА

1 връзка - благоприятен адаптивен резултат – поддържане на телесната температура на постоянно ниво.

2-ра връзка - рецептори . Терморецепцията се осъществява от свободните окончания на тънките сензорни влакна от тип А (делта) и С.

(Регулирането на постоянството на температурата е сложен рефлексен акт, който възниква в резултат на дразнене на кожните рецептори, кожата и подкожните съдове, както и централната нервна система.)

3-то звено на функционалната система – нервен център

4-та връзка на функционалната система – изпълнителни органи. Телесната температура се определя от съотношението на интензитета:

1) генериране на топлина

2) пренос на топлина

МЕХАНИЗМИ на терморегулацията

Нервните механизми на терморегулацията се основават на рефлексни дъги, които включват рецепторни образувания (рецептори за топлина и студ). Чрез аферентните нервни влакна импулсите от рецепторния апарат достигат до редица основни центрове на автономна регулация, предимно структурите на хипоталамуса. Еферентната част на рефлексната дъга са симпатикови и парасимпатикови нервни влакна, които инервират вътрешните органи, както и кръвоносните съдове. Еферентните импулси се извършват и по двигателните соматични влакна, които регулират активността на скелетните мускули.

Локализация и свойства на терморецепторите.

Периферен разположени са терморецепторите в кожата, подкожните тъкани, кожните и подкожните съдове.Кожните терморецептори са некапсулирани нервни окончания. .

Централни терморецептори разположен в медиалната преоптична област на хипоталамуса (централни термосензорни неврони), ретикуларна формация на средния мозък, гръбначен мозък.)

Топли и студени рецептори в централната нервна система реагират на промените в температурата на кръвта, която тече към нервните центрове. Наблюдава се увеличаване на генерирането на топлина по време на охлаждане каротидна артерия, доставяйки кръв към мозъка.

Доказателство за централните терморецептори :

1 ) потапяне на денервирани задни крайници кучета в студена вода причинява треперене на мускулите на главата, предните крайници, торса и увеличаване на отделянето на топлина. Това се дължи на факта, че "студената" кръв дразни централните терморецептори;

2)чрез охлаждане на каротидната артерия, която носи кръв към мозъка , развиват се тремор и вазоконстрикция на кожата, което води съответно до повишено генериране на топлина и ограничен пренос на топлина.

Терморецептори са открити в дихателните пътища, в продълговатия мозък и в моторния кортекс.

По този начин човешкото тяло има двойна система за контрол на телесната температура: влиянието на външната среда (топлина или студ) се открива кожни рецепторни образувания , се записва температурата на вътрешната среда терморецепторите на вътрешните органи и структурите на централната нервна система.

Функционална подвижност на терморецепторите.Свойството на кожните терморецептори да променят чувствителността си към температурни влияния в зависимост от промените в общото състояние на тялото отразява универсалното свойство на рецепторите, открито от P.G. Снякин и получи името „функционална подвижност на рецепторите“.

Освен това терморецепторите са разделени за топлина и студ .

х рецептори за мирис разположен в дебелината на кожата, на дълбочина около 0,17 мм, термични рецептори - на дълбочина 0,3 мм . Общият брой точки на повърхността на кожата, които възприемат студ, значително надвишава броя на точките, които възприемат топлина. Рецепторите за студ и топлина са разпределени неравномерно по повърхността на кожата. Има отделни зони на преференциална локализация на топлинните и студените терморецептори.

Сред периферните терморецептори преобладават студ , сред централните - термични . При оптимална температура на околната среда за човека, терморецепторите генерират изхвърляния със стационарна честота. С намаляване на температурата на околната среда честотата на импулсите и студените рецептори се увеличава, а честотата на топлинните рецептори намалява. Напротив, с повишаване на температурата на околната среда честотата на импулсите на топлинните рецептори се увеличава и честотата на студените рецептори намалява.

Честотата на импулсите на кожните студени рецептори е максимална при температура 20-30 0 С, а за термичните рецептори температурата е 38-43 0 СЪС . Топло ми е - парене– възниква при температури над 45 0 C и се възприема от други рецептори – горещили рецептори за изгаряне (околопринадлежат към мултимодални ноцицептори и са междинна връзка между терморецепторите и ноцицепторите).

Ролята на нервните центрове.

Поддържането на телесната температура на ниво, оптимално за метаболизма, се осъществява благодарение на регулаторното влияние на централната нервна система. За първи път е открито наличието в мозъка на център, способен да променя телесната температура през 80-те години XIX V. К. Бърнард . Неговият опит, наречен „топлинна инжекция“, се състои в следното: електрод се вкарва в областта на диенцефалона през дупка, причинявайки дразнене на тази област. 2-3 часа след въвеждането на електрода се наблюдава постоянно повишаване на телесната температура на животното. В по-нататъшни изследвания беше установено, че хипоталамусът играе най-важната роля в процесите на терморегулация.

Според съвременните концепции се осъществява терморегулация разпределена система , чиято основна част е терморегулаторен механизъм на хипоталамуса

Експериментално е установено, че основните (основните) центрове на терморегулацията се намират в хипоталамуса (поради тях се възприемат промените в околната и вътрешната среда). При унищожаване хипоталамус - способността за регулиране на телесната температура се губи и животното става пойкилотермично.. Импулсите, които възникват в терморецепторите на вътрешните органи и повърхността на кожата, също се насочват към невроните на хипоталамуса. Сензорната информация от терморецепторите се движи по A-делта нервните влакна и през лемнискалните пътища до невроните на таламуса и след това до хипоталамуса и сензомоторната област на мозъчната кора.

Известно е, че регулирането на процеса генериране на топлина(химическа терморегулация) се осъществява чрез активност ядра на задния хипоталамус; процеси физическа терморегулация(пренос на топлина) се дължат ядра на предния хипоталамус.По този начин в хипоталамуса има два регулаторни центъра: център за генериране на топлина И център за пренос на топлина .

Центрове за пренос на топлина (предни ядра на хипоталамуса) - разрушаването на тези структури води до факта, че животните губят способността да поддържат постоянна телесна температура в условия на висока температура на околната среда. В същото време телесната им температура започва да се повишава, животните влизат в състояние хипертермия, а хипертермията може да се развие дори при стайна температура.Дразнене на тези структури чрез имплантирани електродиелектрическият удар причинява характерен синдром при животните: задух, разширяване на повърхностните кожни съдове, спад на телесната температура.Мускулните тремори, причинени от предварителното охлаждане, спират.

Центрове за генериране на топлина (латерален дорсален хипоталамус) - тяхното унищожаване води до факта, че животните губят способността да поддържат постоянна телесна температура в условия на ниска температура на околната среда. Телесната им температура започва да спада при тези условия и животните изпадат в състояние на хипотермия. Електрическата стимулация на съответните центрове на хипоталамуса причинява следния синдром при животни: 1) стесняване на повърхностните кожни съдове;

Регулирането на температурата се състои в координиране на процесите на производство на топлина (химическа терморегулация) и пренос на топлина (физическа терморегулация).
Процеси на производство на топлина.Производството на топлина възниква във всички органи поради метаболитни процеси. Следователно кръвта, която изтича от органите, като правило има по-висока температура от вливащата се. Но ролята на различните органи в производството на топлина е различна. В покой черният дроб представлява около 20% от общото производство на топлина, други вътрешни органи - 56%, 20%, по време на физическа активност върху скелетните мускули - до 90%, вътрешните органи - само 8%.
По този начин мускулите по време на тяхното свиване са мощен резервен източник на производство на топлина. Промените в активността на техния метаболизъм по време на движение са основният механизъм за производство на топлина. Сред различните локомоции могат да се разграничат няколко етапа на мускулно участие в производството на топлина.
1. Терморегулаторен тонус.В този случай мускулите не се свиват. Повишава се само тонуса и метаболизма им. Този тон обикновено се появява в мускулите на врата, торса и крайниците. В резултат на това производството на топлина се увеличава с 50-100%.
2. Треморът възниква несъзнателно и се състои в периодична активност на високопрагови двигателни единици на фона на терморегулаторния тонус.При треперене цялата енергия се насочва само към увеличаване на генерирането на топлина, докато при нормална локомоция част от енергията се изразходва за движение на съответния крайник, а част за термогенеза. При разклащане производството на топлина се увеличава 2-3 пъти. Треперенето често започва в мускулите на врата и лицето. Това се обяснява с факта, че преди всичко трябва да се повиши температурата на кръвта, която тече към мозъка.
3. Волевите контракции се състоят от съзнателно увеличаване на мускулната контракция.Това се наблюдава при условия на ниска външна температура, когато първите два етапа не са достатъчни. При доброволни контракции производството на топлина може да се увеличи 10-20 пъти.
Регулиране на производството на топлина в мускулите на dovyazan с влиянието на а-мотоневроните върху функцията и метаболизма / мускулите, в други тъкани - симпатиковата нервна система и катехоламините (увеличават скоростта на метаболизма с 50%) и действието на хормоните, особено тироксин, който почти удвоява производството на топлина.
Значителна роля в термогенезата играят липидите, които освобождават значително повече енергия по време на хидролиза (9,3 kcal/g), отколкото въглехидратите (4,1 kcal/g). Кафявата мазнина е от особено значение, особено при децата.
Процеси на топлообменпротича по следните начини – радиация, конвекция, изпарение и топлопроводимост.
Радиацията възниква с помощта на дълговълново инфрачервено лъчение. Това изисква температурен градиент между топлата кожа и студените стени и други обекти от околната среда. По този начин количеството радиация зависи от температурата и повърхността на кожата.
Топлинната проводимост се осъществява чрез директен контакт на тялото с предмети (стол, легло и др.). В този случай скоростта на пренос на топлина от по-нагрято тяло към по-малко нагрят обект се определя от температурния градиент и тяхното топлинно осигуряване. Преносът на топлина по този път се увеличава значително (14 пъти), когато човек е във вода. Частично чрез проводимост топлината се пренася от вътрешните органи към повърхността на тялото. Но този процес се забавя поради ниската топлопроводимост на мазнините.
Конвекционен път.Въздухът в контакт с повърхността на тялото се нагрява при наличие на температурен градиент. В същото време той става по-лек и, издигайки се от тялото, освобождава място за нови порции въздух. По този начин отнема част от топлината. Интензитетът на естествената конвекция може да се увеличи чрез допълнително движение на въздуха, намалявайки препятствията при притока му към тялото (с подходящо облекло).
Изпаряване на потта.При стайна температура при съблечен човек около 20% от топлината се отделя поради изпарение.
Топлопроводимост, конвекцията и радиацията са пасивни пътища за пренос на топлина, базирани на законите на физиката. Те са ефективни само ако се поддържа положителен температурен градиент. Колкото по-малка е температурната разлика между тялото и околната среда, толкова по-малко топлина се отделя. При едни и същи показатели или при високи температури на околната среда, споменатите пътеки не само са неефективни, но тялото се нагрява. При тези условия в тялото се активира само един механизъм за отделяне на топлина, свързан с процесите на изпотяване и запарване. Тук се използват както физически закони (разход на енергия за процеса на изпаряване), така и биологични закони (изпотяване). Охлаждането на кожата се улеснява от факта, че за изпаряване на 1 ml пот се изразходват 0,58 kcal. Ако не стане
изпаряване на потта, ефективността на топлообмена рязко намалява. М
Скоростта на изпарение на водата зависи от температурния градиент и наситеността на водните пари в околния въздух. Колкото по-висока е влажността, толкова по-малко ефективен става този път на пренос на топлина. Ефективността на топлообмена рязко намалява, когато сте във вода или носите дебели дрехи. В този случай тялото е принудено да компенсира липсата на изпотяване чрез увеличаване на изпотяването.
Изпарението има два механизма:а) изпотяване - без участието на потните жлези б) изпаряване - с активното участие на потните жлези.
изпотяване- изпаряване на вода от повърхността на белите дробове, лигавиците, кожата, която винаги е мокра. Това изпарение не е регулирано, зависи от градиента на температурата и влажността на околния въздух, стойността му е около 600 ml/ден. Колкото по-висока е влажността, толкова по-малко ефективен е този вид топлообмен.
Механизмът на отделяне на пот. Потната жлеза се състои от две части: самата жлеза, която се намира в подкожния слой, и отделителните канали, които се отварят на повърхността на кожата. В жлезата се образува първична секреция, а в каналите се образува вторична секреция - пот, поради реабсорбция.
Първичната секреция е подобна на кръвната плазма. Разликата е, че този секрет не съдържа протеини и глюкоза и по-малко Na +. Така в първоначалната пот концентрацията на натрий е около 144 nmol/l, хлор - 104 nmol/l. Тези йони се абсорбират активно, когато потта преминава през отделителните канали, осигурявайки абсорбция на вода. Процесът на абсорбция до голяма степен зависи от скоростта на образуване и прогресиране на потта; тъй като тези процеси са активни, толкова повече остава Na + и Cl-. При силно изпотяване до половината от концентрацията на тези йони може да остане в потта. Силното изпотяване е придружено от повишаване на концентрацията на урея (до 4 пъти по-висока от плазмената) и калий (до 1,2 пъти по-висока от плазмената). Общата висока концентрация на йони, формиращи високо ниво на осмотично налягане, осигурява намаляване на реабсорбцията и екскрецията в потта голямо количествовода.
При силно изпотяване може да се изразходва много NaCl (до 15-30 g/ден). Въпреки това, тялото има механизми, които гарантират, че тези важни йони се задържат по време на силно изпотяване. Те участват в процесите на адаптация, по-специално алдостеронът подобрява реабсорбцията на Na +.
Функциите на потните жлези се регулират от специални механизми. Тяхната дейност се влияе от симпатиковата нервна система, но медиаторът тук е ацетилхолинът. Секреторните клетки, в допълнение към М-холинергичните рецептори, също имат адренергични рецептори, които реагират на кръвните хормони катехоламини. Активирането на функцията на потните жлези е придружено от увеличаване на кръвоснабдяването им.
Количеството отделена пот може да достигне 1,5 l/h, а при адаптирани хора - до 3 l/h.
При стайна температура в съблечен човек около 60% от топлината се отделя поради радиация, около 12-15% - въздушна конвекция, около 20% - изпарение, 2-5% - топлопроводимост. Но това съотношение зависи от редица условия, по-специално от температурата на околната среда.
Основна роля в регулирането на процесите на топлообмен играят промените в кръвоснабдяването на кожата. Стесняването на кожните съдове и отварянето на артериовенозните анастомози допринасят за по-малко топлинен поток от ядрото към мембраната и задържането му в тялото. Напротив, с разширяването на съдовете на кожата, температурата му може да се повиши с 7-8 ° C. В същото време се увеличава и преносът на топлина.
Условно кожата може да се нарече радиаторна система на тялото. Притокът на кръв в кожата може да варира от 0 до 30% IOC. Съдовият тонус на кожата се контролира от симпатиковата нервна система.
По този начин телесната температура е баланс между процесите на производство на топлина и пренос на топлина. Когато производството на топлина преобладава над загубата на топлина, телесната температура се повишава и, обратно, ако загубата на топлина е по-голяма от производството на топлина, телесната температура намалява.

Въпрос 1. Какво е терморегулация?

Терморегулацията е набор от физиологични процеси в тялото на човека и топлокръвните животни, насочени към поддържане на постоянна телесна температура.

Въпрос 2. Защо е необходима терморегулацията на тялото?

Терморегулацията е важна. Когато телесната температура се понижи, генерирането на топлина се увеличава (при отклонение от оптималната температура). Когато човек се охлади, поради въздействието върху студените рецептори, се появява треперене, което е случайно неволно свиване на мускулите. Благодарение на треперенето се увеличават разходите за енергия, което води до увеличаване на производството на топлина и съответно телесната температура.

С повишаването на температурата на околната среда кръвоносните съдове на кожата се разширяват, през тях тече повече кръв, кожата се загрява и преносът на топлина към околната среда се увеличава.

Въпрос 3. Какви са механизмите на терморегулацията?

Кръвоносните съдове преминават през нашето тяло, прониквайки в мускулите, черния дроб и други органи, където се генерира топлина. Кръвта в тези органи се нагрява и, преминавайки през съдовете към други части на тялото, отдава част от топлината си. Ето как кръвта пренася топлината в цялото тяло, сякаш изравнява температурата вътре в тялото.

Въпрос 4. Каква е температурата на човешкото тяло?

И през зимата, и през лятото температурата на повърхността на кожата на здравия човек е 36,6 °C, а естествените й колебания не надвишават 2 °C.

Въпрос 5. Как се променя луменът? кръвоносни съдовекогато се променя температурата на въздуха?

Когато температурата на околната среда стане висока, кръвоносните съдове на кожата се разширяват, през тях тече повече кръв, кожата се затопля и преносът на топлина към околната среда се увеличава. Ако температурата на околната среда спадне, тялото се стреми да запази топлината. Лумените на кръвоносните съдове се стесняват, топлообменът намалява.

Въпрос 6. Каква роля играе кожата в процеса на терморегулация?

Повече от 80% от топлината се губи през повърхността на кожата. Когато капилярите се разширяват, се отделя топлина, а когато се стесняват, топлината се задържа. Освобождаване на влага със соли и урея под формата на пот. Вътрешният слой на кожата, самата кожа (дермата), отговаря за тази функция. Това е ролята на кожата в процеса на терморегулация.

Въпрос 7. Какво е пот?

Потта е воден разтвор на соли и органични вещества, секретирани от потните жлези. Изпаряването на потта служи за терморегулация при много видове бозайници.

Въпрос 8. Как възниква изпотяването?

Изпотяването е процесът на отделяне на течен секрет (пот) върху повърхността на кожата от потните жлези. При хората се появява изпотяване. обр. екринни жлези, разположени по почти цялата повърхност на кожата, докато секрецията на апокринните потни жлези е намалена.

Обикновено изпотяването има рефлексен характер. Първоначалната връзка на рефлекса на изпотяване са терморецепторите на кожата, вътрешните органи и мускулите, адекватното дразнене за които е висока температура на въздуха, поглъщане на гореща или пикантна храна и течности, повишено производство на топлина по време на физическа дейност, треска или емоционален стрес. Еферентните нерви, инервиращи потните жлези, принадлежат към симпатиковата нервна система, но са холинергични по природа; отделянето на пот се засилва от ацетилхолин и се потиска от атропин.

В еферентната част на рефлексната дъга на рефлекса на изпотяване могат да се разграничат 5 нива: 1) пътят от кората на главния мозък до хипоталамуса; 2) от хипоталамуса до продълговатия мозък; 3) от продълговатия мозък, частично пресичайки, влакната се приближават до невроните на страничните рога на гръбначния мозък на ниво Th2-L2; 4) от невроните на страничните рога на гръбначния мозък до възлите на граничната симпатична верига; 5) от невроните на симпатиковата верига до потните жлези.

Въпрос 9. Какво влияе върху интензивността на изпотяване?

Изпотяването се влияе от няколко причини. Това са температурата на въздуха, движението на въздуха и влажността.

МИСЛЯ

Защо телесната температура на човек не се повишава дори при много горещо време?

При екстремни горещини, когато телесната температура е по-ниска от температурата на околната среда, разширяването на кръвоносните съдове вече не може да увеличи отделянето на топлина. В този случай опасността от прегряване се елиминира чрез изпотяване. Докато потта се изпарява, тя абсорбира голямо количество топлина от повърхността на кожата. Ето защо температурата на човешкото тяло не се повишава дори в най-горещото време. Човек може да издържи температура от 70-80°C, но в същото време трябва да отдели 9-16 литра пот за няколко часа.

Въведение

1. Хипоталамусът е вашият термостат

1.1 Провеждане и конвекция

1.2 Радиация

1.3 Изпаряване

2.1 Потни жлези

2.2 Гладки мускули около артериолите

2.3 Скелетен мускул

2.4 Ендокринни жлези

3. Адаптация и терморегулация

3.1 Адаптиране към ниски температури

3.1.1 Физиологични реакции към упражнения при ниски температури на околната среда

3.1.2 Метаболитни реакции

3.2 Адаптиране към високи температури

3.3 Оценка на термичните дразнения

4. Механизми на терморегулация

Механизмите, които регулират телесната температура, са подобни на термостат, който регулира температурата на околния въздух, въпреки че имат повече сложна природафункциониране и по-висока точност. Чувствителните нервни окончания - терморецепторите - откриват промените в телесната температура и предават тази информация на термостата на тялото - хипоталамуса. В отговор на промените в рецепторните импулси, хипоталамусът активира механизми, които регулират затоплянето или охлаждането на тялото. Подобно на термостат, хипоталамусът има базово температурно ниво, което се опитва да поддържа. Това е нормална телесна температура. Най-малкото отклонение от това ниво води до изпращане на сигнал към центъра за терморегулация, разположен в хипоталамуса, за необходимостта от корекция (фиг. 1).

Промените в телесната температура се възприемат от два вида терморецептори: централни и периферни. Централните рецептори се намират в хипоталамуса и контролират температурата на кръвта, протичаща през мозъка. Те са много чувствителни към най-малките (от 0,01°C) промени в кръвната температура. Промяната на температурата на кръвта, преминаваща през хипоталамуса, активира рефлекси, които в зависимост от нуждата задържат или отделят топлина.

Периферните рецептори, локализирани по цялата повърхност на кожата, контролират температурата на околната среда. Те изпращат информация до хипоталамуса, както и до мозъчната кора, осигурявайки съзнателно възприемане на температурата, така че да можете доброволно да контролирате дали сте в студена или гореща среда.

За да може едно тяло да предава топлина на околната среда, генерираната от него топлина трябва да „има достъп“ до външната среда. Топлината от дълбините на тялото (сърцевината) се транспортира от кръвта до кожата, откъдето може да бъде пренесена в околната среда чрез един от следните четири механизма: проводимост, конвекция, радиация и изпарение. (фиг. 2)

1.1 Провеждане и конвекция

Топлопроводимостта е преносът на топлина от един обект към друг поради директен молекулен контакт. Например топлината, генерирана дълбоко в тялото, може да се пренесе през съседни тъкани, докато достигне повърхността на тялото. След това може да се пренесе върху дрехите или околния въздух. Ако температурата на въздуха е по-висока от повърхностната температура на кожата, топлината на въздуха се пренася към повърхността на кожата, повишавайки нейната температура.

Конвекцията е пренос на топлина през движещ се поток от въздух или течност. Въздухът около нас е в постоянно движение. Циркулирайки около тялото ни, докосвайки повърхността на кожата, въздухът отнася молекули, които са получили топлина в резултат на контакт с кожата. Колкото по-силно е движението на въздуха, толкова по-висок е интензитетът на топлообмен поради конвекция. Когато се комбинира с проводимост, конвекцията може също да осигури повишаване на телесната температура, когато сте в среда с високи температури на въздуха.

1.2 Радиация

В покой, радиацията е основният процес, чрез който тялото пренася излишната топлина. При нормална стайна температура тялото на гол човек предава около 60% от своята „излишна“ топлина чрез радиация. Топлината се предава под формата на инфрачервени лъчи.

1.3 Изпаряване

Изпарението е основният процес на разсейване на топлината по време на тренировка. По време на мускулна дейност тялото губи около 80% от топлината поради изпаряване, докато в покой - не повече от 20%. Известно изпарение става, без да забележим, но докато течността се изпарява, топлината също се губи. Това са така наречените неусетни топлинни загуби. Те съставляват около 10%. Трябва да се отбележи, че нечувствителната загуба на топлина е относително постоянна. С повишаване на телесната температура процесът на изпотяване се засилва. Когато потта достигне повърхността на кожата, топлината от кожата я превръща от течно в газообразно състояние. Така с повишаването на телесната температура ролята на изпотяването се увеличава значително.

Предаването на топлина от тялото към външни увреждания се осъществява чрез проводимост, конвекция, излъчване и изпарение. При извършване на физическа активност основният механизъм за пренос на топлина е изпарението, особено ако температурата на околната среда се доближава до телесната.

2. Ефектори, които променят телесната температура

Когато телесната температура варира, възстановяването на нормалната телесна температура обикновено се извършва от следните четири фактора:

1) потни жлези;

2) гладка мускулатура около артериолите;

3) скелетни мускули;

4) редица жлези с вътрешна секреция.

Когато температурата на кожата или кръвта се повиши, хипоталамусът изпраща импулси към потните жлези за необходимостта от активна секреция на пот, която овлажнява кожата. Колкото по-висока е телесната ви температура, толкова повече се потите. Неговото изпарение отнема топлината от повърхността на кожата.

Когато температурата на кожата и кръвта се повиши, хипоталамусът изпраща сигнали до гладките мускули на артериолите, които кръвоснабдяват кожата, което ги кара да се разширяват. В резултат на това кръвоснабдяването на кожата се увеличава. Кръвта пренася топлина от дълбините на тялото до повърхността на кожата, където се разсейва във външната среда чрез проводимост, конвекция, радиация и изпарение.

Скелетният мускул влиза в действие, когато има нужда от генериране на повече топлина. При условия на ниска температура на въздуха терморецепторите на кожата изпращат сигнали до хипоталамуса. По същия начин, когато температурата на кръвта се понижи, промяната се записва от централните рецептори на хипоталамуса. В отговор на получената информация хипоталамусът активира мозъчни центрове, които регулират мускулния тонус. Тези центрове стимулират процеса на тремор, който е бърз цикъл на неволно свиване и отпускане на скелетните мускули. В резултат на тази повишена мускулна активност се произвежда повече топлина за поддържане или повишаване на телесната температура.

Клетките на тялото увеличават метаболизма си под въздействието на редица хормони. Това се отразява на топлинния баланс, тъй като повишеният метаболизъм води до повишено производство на енергия. Охлаждането на тялото стимулира отделянето на тироксин от щитовидната жлеза. Тироксинът може да увеличи скоростта на метаболизма в тялото с повече от 100%. В допълнение, адреналинът и норепинефринът повишават активността на симпатиковата нервна система. Следователно те пряко влияят върху скоростта на метаболизма на почти всички клетки на тялото. Какво се случва с човешкото тяло, когато температурните параметри се променят? В този случай той развива специфични адаптационни реакции по отношение на всеки фактор, тоест се адаптира. Адаптацията е процес на приспособяване към условията на околната среда. Как става адаптирането към температурните промени?

4. Механизми на терморегулация

При топлокръвните животни и хората (така наречените хомеотермни организми), за разлика от студенокръвните (или пойкилотермните) организми, постоянната телесна температура е предпоставка за съществуване, един от основните параметри на хомеостазата (или постоянството) на вътрешната среда. на тялото.

Физиологичните механизми, които осигуряват топлинната хомеостаза на тялото (неговото "ядро"), са разделени на две функционални групи: механизми на химическа и физическа терморегулация. Химическата терморегулация е регулирането на производството на топлина в тялото. В тялото непрекъснато се произвежда топлина чрез редокс метаболитни реакции. В този случай част от него се освобождава във външната среда, толкова по-голяма е разликата между температурата на тялото и околната среда. Следователно поддържането на стабилна телесна температура при понижаване на температурата на околната среда изисква съответно повишаване на метаболитните процеси и съпътстващото генериране на топлина, което компенсира топлинните загуби и води до поддържане на общия топлинен баланс на тялото и поддържане на постоянна вътрешна температура. Процесът на рефлексивно увеличаване на производството на топлина в отговор на намаляване на температурата на околната среда се нарича химическа терморегулация. Отделянето на енергия под формата на топлина съпътства функционалното натоварване на всички органи и тъкани и е характерно за всички живи организми. Спецификата на човешкото тяло е, че промяната в производството на топлина като реакция на промяна на температурата представлява специална реакция на тялото, която не засяга нивото на функциониране на основните физиологични системи.

Специфичното терморегулаторно генериране на топлина е концентрирано главно в скелетните мускули и е свързано със специални форми на мускулно функциониране, които не засягат тяхната пряка двигателна активност. Увеличаване на генерирането на топлина по време на охлаждане може да възникне и в покойния мускул, както и когато контрактилната функция е изкуствено изключена от действието на специфични отрови.

Един от най-честите механизми на специфично терморегулаторно генериране на топлина в мускулите е така нареченият терморегулаторен тонус. Изразява се чрез микроконтракции на фибрили, записани като повишаване на електрическата активност на външно неподвижен мускул, когато се охлажда. Терморегулаторният тонус повишава мускулната консумация на кислород, понякога с повече от 150%. При по-силно охлаждане, заедно с рязко повишаване на терморегулаторния тонус, се активират видими мускулни контракции под формата на студени тремори. В този случай обменът на газ се увеличава до 300 - 400%. Характерно е, че по дял на участие в терморегулаторното топлогенериране мускулите са неравностойни.

При продължително излагане на студ контрактилният тип термогенеза може да бъде в една или друга степен заменен (или допълнен) чрез превключване на тъканното дишане в мускула към така наречения свободен (нефосфорилиращ) път, при който фазата на образуването и последващото разграждане на АТФ се елиминира. Този механизъм не е свързан с мускулна контракция. Общата маса на топлината, отделена по време на свободното дишане, е почти същата като по време на термогенезата на дрождите, но по-голямата част от топлинната енергия се изразходва незабавно и окислителните процеси не могат да бъдат инхибирани от липсата на ADP или неорганичен фосфат.

Последното обстоятелство ви позволява лесно да поддържате високо ниво на генериране на топлина за дълго време.

Промените в скоростта на метаболизма, причинени от влиянието на температурата на околната среда върху човешкото тяло, са естествени. В определен диапазон от външни температури производството на топлина, съответстващо на метаболизма на покойния организъм, се компенсира напълно от неговия „нормален“ (без активно интензифициране) топлообмен. Топлообменът на тялото с околната среда е балансиран. Този температурен диапазон се нарича термонеутрална зона. Нивото на обмен в тази зона е минимално. Хората често говорят за критична точка, което означава определена температурна стойност, при която се постига топлинен баланс с околната среда. Теоретично това е вярно, но е почти невъзможно експериментално да се установи такава точка поради постоянните неравномерни колебания в метаболизма и нестабилността на топлоизолационните свойства на обвивката.

Намаляването на температурата на околната среда извън термонеутралната зона предизвиква рефлекторно повишаване на нивото на метаболизма и производството на топлина, докато топлинният баланс на тялото се балансира в нови условия. Поради това телесната температура остава непроменена.

Повишаването на температурата на околната среда извън термонеутралната зона също води до повишаване на нивото на метаболизма, което се дължи на активирането на механизми за активиране на топлообмена, които изискват допълнителни енергийни разходи за тяхната работа. Това образува зона на физическа терморегулация, по време на която температурата също остава стабилна. При достигане на определен праг механизмите за увеличаване на топлообмена се оказват неефективни, започва прегряване и в крайна сметка смъртта на организма.

Още през 1902 г. Rubner предложи да се разграничат два вида от тези механизми - „химическа“ и „физическа“ терморегулация. Първият е свързан с промени в производството на топлина в тъканите (напрежение на химичните метаболитни реакции), вторият се характеризира с пренос на топлина и преразпределение на топлината. Заедно с кръвообращението важна ролявъв физическата терморегулация принадлежи на изпотяването, следователно специална функция за пренос на топлина принадлежи на кожата - тук кръвта, нагрята в мускулите или в „ядрото“, се охлажда, тук се реализират механизмите на изпотяване и изпотяване.

b Обикновено топлопроводимостта може да се пренебрегне, тъй като Топлопроводимостта на въздуха е ниска. Топлопроводимостта на водата е 20 пъти по-висока, така че преносът на топлина чрез кондукция играе важна роля и се превръща в значим фактор за хипотермия в случай на мокри дрехи, влажни чорапи и др.

b По-ефективен пренос на топлина чрез конвекция (т.е. чрез преместване на частици газ или течност, смесване на техните нагрети слоеве с охладени). Във въздушна среда, дори при условия на покой, преносът на топлина чрез конвекция представлява до 30% от топлинните загуби. Ролята на конвекцията във вятъра или по време на движението на човека се увеличава още повече.

b Предаването на топлина чрез излъчване от нагрято тяло към студено се извършва съгласно закона на Стефан-Болцман и е пропорционално на разликата в четвъртите степени на температурата на кожата (дрехата) и повърхността на околните предмети. По този начин, при „комфортни“ условия, съблечен човек дава до 45% от топлинната енергия, но за топло облечен човек загубата на топлина чрез излъчване не играе специална роля.

b Изпаряването на влагата от кожата и повърхността на белите дробове също е ефективен начин за пренос на топлина (до 25%) при „комфортни“ условия. При условия на висока температура на околната среда и интензивна мускулна дейност доминираща роля играе преносът на топлина чрез изпаряване на потта - 0,6 kcal енергия се отнасят с 1 грам пот. Не е трудно да се изчисли общият обем на топлината, загубена чрез потта, като се има предвид, че при условия на интензивна мускулна дейност човек може да загуби до 10 - 12 литра течност за осемчасов работен ден. В студа загубата на топлина чрез потта на добре облечен човек е малка, но и тук трябва да се вземе предвид загубата на топлина поради дишането. В този процес се комбинират два механизма за пренос на топлина наведнъж - конвекция и изпарение. Загубата на топлина и течност при дишане е доста значителна, особено при интензивна мускулна дейност в условия на ниска атмосферна влажност.

Значителен фактор, влияещ върху процесите на терморегулация, са вазомоторните (вазомоторни) реакции на кожата. При най-изразено стесняване на съдовото легло загубата на топлина може да намалее със 70%, а при максимално разширение може да се увеличи с 90%.

Видовите различия в химическата терморегулация се изразяват в разликата в нивото на основния (в зоната на термонеутралност) метаболизъм, положението и ширината на термонеутралната зона, интензивността на химическата терморегулация (увеличаване на метаболизма, когато температурата на околната среда се понижи с 1 ° C) , както и в обхвата на ефективно действие на терморегулацията. Всички тези параметри отразяват екологичната специфика на отделните видове и се променят адаптивно в зависимост от географското положение на района, сезона на годината, надморската височина и редица други фактори на околната среда.

Регулаторните реакции, насочени към поддържане на постоянна телесна температура по време на прегряване, са представени от различни механизми за увеличаване на преноса на топлина към външната среда. Сред тях преносът на топлина е широко разпространен и високоефективен чрез засилване на изпарението на влагата от повърхността на тялото и/или горните дихателни пътища. Когато влагата се изпарява, се консумира топлина, което може да помогне за поддържане на топлинния баланс. Реакцията се активира, когато има признаци на започващо прегряване на тялото.

Така че адаптивните промени в топлообмена в човешкото тяло могат да бъдат насочени не само към поддържане на високо ниво на метаболизма, както при повечето хора, но и към определяне на ниско ниво в условия, които застрашават изчерпването на енергийните резерви.

Телесната температура зависи от два фактора: интензивността на производството на топлина (производство на топлина) и количеството загуба на топлина (предаване на топлина). Основното условие за поддържане на постоянна телесна температура при хомеотермните животни, включително и хората...

Адаптиране на тялото към въздействието на различни температури

Нарушения в терморегулацията могат да възникнат при увреждане на централните и периферните апарати на температурната чувствителност (кръвоизливи, тумори в хипоталамуса, някои инфекции)...

Гломерулонефрит и бременност

Хемодинамичните механизми на хипертонията при хроничен гломерулонефрит са различни. По наши данни се развива еукинетичен (с нормален сърдечен дебит) или хипокинетичен (с намален минутен обем кръв) тип кръвообращение...

Акупунктура

Съвременната медицина, когато диагностицира, изучава етиологията, патогенезата и методите за лечение на заболяванията, предпочита да използва определени категории (морфологични, физиологични, биохимични и др.)...

Интензивно лечение на тежка черепно-мозъчна травма

В случай на травматични мозъчни наранявания се планира да се разграничат зоните на първичната и вторично увреждане. Областта на първично увреждане е проблем за неврохирурзите. Областта на вторично увреждане е областта на мозъка...

Исхемична болестсърца. Бронхиална астма. Общи свойствавитамини

Исхемичната болест на сърцето е хроничен патологичен процес, причинен от недостатъчно кръвоснабдяване на миокарда, в по-голямата част от случаите поради атеросклероза на коронарните артерии (97 - 98%)...

Киселинно-базов баланс

В процеса на метаболизма се образуват киселинни продукти: 1) летливи - CO2 около 15 000 mmol/ден (0,13 mmol/kg * min-1); 2) нелетлив - Н+ около 30-80 mmol (1 mmol/kg* ден-1); 3) млечна и пирогроздена (при окисляването на въглехидратите), сярна, фосфорна, пикочна киселини...

Чревна дисбиоза и хронични инфекции: урогенитални и др.

Нарушаването на посочените по-горе количествени и качествени съотношения на микроорганизмите в посочените области на тънките и дебелите черва (което се обозначава с термина „чревна дисбиоза”) е съпроводено с преобладаване на влияния...

Механизми и последствия от тромбоза

Тромбозата (от гръцки, fspmvpo-бучка) е интравитално местно париетално образуване в съдовете или сърцето на плътен конгломерат от кръвни клетки и стабилизиран фибрин. Самият конгломерат е кръвен съсирек...

4. Нарушение на сърдечния ритъм. 2.1 Ретракция на езика При пациент, който все още е в наркотичен сън, мускулите на лицето, езика и тялото са отпуснати. Отпуснатият език може да се придвижи надолу и да затвори дихателните пътища...

Характеристики на грижата за пациентите в постоперативен период

Нарушаването на терморегулацията след анестезия може да се изрази в рязко повишаване или понижаване на телесната температура, тежки студени тръпки. При необходимост се налага покриване на пациента или обратно...

Хомеотермията - постоянството на телесната температура - прави човека независим от температурни условияместоживеене, тъй като осигуряват прехраната му...

Подобно на колебанията в кислорода и pH, промените във вътреклетъчната температура значително модулират клетъчния метаболизъм. Много жизненоважни ензими функционират в тесен температурен диапазон, изисквайки подходящи механизми за поддържане на топлинния баланс.

Топлината се произвежда по време на процеса на метаболизма. Всяко повишаване на клетъчния метаболизъм (в резултат на повишени нива на хормони на щитовидната жлеза, адреналин или норепинефрин в кръвта, повишена основна скорост на метаболизма или по време на тренировка) увеличава производството на топлина. В човешкото тяло 60% от цялата топлина се генерира в мускулите, 30% в черния дроб, 10% в други органи. Средно човек с тегло 70 kg в състояние на покой отделя около 72 kcal/час, а за да се повиши температурата му с 1 o C, са необходими приблизително 58 kcal.

Топлинен баланс е съотношението на процесите на производство на топлина, задържане на топлина и пренос на топлина, т.е. баланс между системи, които произвеждат топлина и системи, в които тази топлина се губи.

Производство на топлинае резултат главно от биохимични процеси, пренос на топлинаИ запазване на топлината- предимно резултат от физически процеси.

Механизми за производство на топлина. Основното количество топлина в тялото се образува при окисляването на протеини, мазнини и въглехидрати, както и в резултат на хидролизата на АТФ. При условия на ниска околна температура в тялото се активират допълнителни механизми за генериране на топлина:

1. Контрактилна термогенеза(генериране на топлина поради свиване на скелетните мускули):

а) доброволна двигателна активност;

б) студени мускулни тремори;

в) студен мускулен тонус (повишаване на мускулния тонус при студ).

2. Неконтрактилна термогенеза(топлообразуване в резултат на активиране на катаболитни процеси - гликолиза, гликогенолиза, липолиза). Може да се наблюдава в скелетната мускулатура, черния дроб, кафявата мазнина (поради специфичното динамично действие на храната).

Механизми за пренос на топлина. Тялото отделя топлина в околната среда по следните начини (фигура):

1) изпарение– пренос на топлина поради изпаряване на водата;

2) топлопроводимост– пренос на топлина чрез директен контакт със студен въздух от околната среда (намалява се при наличие на дрехи и подкожен мастен слой);

3) топлинно излъчване– пренос на топлина от участъци от кожата, непокрити с дрехи;

4) конвекция– пренос на топлина поради нагряване на съседни слоеве въздух, повдигане на тези нагрети слоеве и замяната им със студени части въздух.

В условия на температурен комфорт (20 - 22 o C) основното количество топлина се отделя поради топлопроводимост, топлинно излъчване и конвекция, а само 20% се губят чрез изпарение. При високи температури на околната среда до 80–90% от топлината се губи чрез изпарение.

Задържането на топлина се осигурява от подкожния мастен слой, косата, облеклото и поддържането на поза, при която повърхността на тялото и процесите на топлообмен са минимални. При топлокръвните животни температурата се поддържа на постоянно ниво. В този случай могат да се разграничат две зони на поддържане на телесната температура: хомеотермичен"ядро" или "ядро", където температурата всъщност се поддържа постоянно и пойкилотермичен„черупка“ - всички тъкани, разположени на не по-дълбоко от 3 см от повърхността на тялото (кожа, подкожна тъкан и др.), чиято температура до голяма степен зависи от температурата на околната среда. За да определите средната телесна температура, използвайте формулата на Бартън:

T тяло = 2/3 T сърцевина + 1/3 T черупка.

рисуване. (Раф, 2001)

При хората средната температура на мозъка, кръвта и вътрешните органи се доближава до 37 o C. Физиологичната граница на нейните колебания е 1,5 o C. Телесна температура над 43 o C е практически несъвместима с човешкия живот. Съществуват циркаден, т.е. дневни колебания в телесната температура в рамките на 1 °C. Минималната температура се наблюдава в ранните сутрешни часове, максималната следобед.

При комфортна температура (20 - 22 o C) на околната среда се поддържа определен баланс между производството на топлина и преноса на топлина. При температура на околната среда под 12 o C задържането на топлина и съответно производството на топлина се увеличава; при температура на околната среда над 22 o C преобладават процесите на пренос на топлина и производството на топлина намалява.

Центрове за терморегулациясе намират в хипоталамуса. В предния хипоталамус има центрове за пренос на топлина, в задния хипоталамус има центрове за производство на топлина.

Терморецепторите се намират в кожата, вътрешните органи, дихателните пътища, скелетните мускули и централната нервна система. Повечето терморецептори са разположени в кожата на главата и шията. Има студени и топли терморецептори. Симпатиковата нервна система регулира процесите на производство на топлина (гликогенолиза, липолиза) и пренос на топлина (изпотяване, промени в тонуса на кожните съдове и др.). Соматичната система регулира тоничното напрежение, доброволната и неволната активност на скелетните мускули, т.е. процеси на контрактилна термогенеза.

Хипертермия настъпва при температура на околната среда над 37 0 C (особено при висока влажност на въздуха) или при твърде интензивно генериране на топлина в тялото по време на тежка физическа работа. В същото време, в първия (компенсиран) етап, периферните съдове се разширяват, изпотяването се увеличава, дишането се ускорява, което помага за отстраняване на излишната топлина. Във втория етап (също способен на компенсация), въпреки повишения топлообмен, телесната температура се повишава, дишането и пулсът се ускоряват и започва главоболие. Третият етап (некомпенсиран) се характеризира със спад на кръвното налягане, забавяне на дишането, изчезване на рефлексите и дори смърт.

Хипотермия възниква, когато балансът между производството на топлина и преноса на топлина е нарушен с преобладаване на преноса на топлина. Най-често хипотермията се развива поради хипотермия при ниски температури на околната среда. Алкохолна интоксикация, липсата на мускулни движения, изтощението улесняват развитието на хипотермия. В първата фаза на хипотермия производството на топлина в тялото се увеличава (поради мускулни тремори и повишен метаболизъм) и загубата на топлина намалява (поради спазъм на периферните съдове, намалено изпотяване) и др. Във втората (декомпенсирана) фаза телесната температура пада, мозъчните функции се инхибират, артериално наляганепада. Възстановяването на функциите на тялото е възможно само ако телесната температура е спаднала до 24 - 26 0 C, но не по-ниска.

Терморегулацията е свързана с механизми за регулиране на нивото на производство на топлина (химическа регулация) и пренос на топлина (физическа регулация). Балансът на производството на топлина и преноса на топлина се контролира от хипоталамуса, който интегрира сензорни, автономни, емоционални и двигателни компоненти на адаптивното поведение.

Температурата се възприема от рецепторни образувания на повърхността на тялото (кожни рецептори) и дълбоки температурни рецептори в дихателните пътища, кръвоносните съдове, вътрешните органи и в междумускулните нервни плексуси на стомашно-чревния тракт. Чрез аферентни нерви импулсите от тези рецептори преминават към центъра на терморегулацията в хипоталамуса. Той активира различни механизми, които осигуряват или производство на топлина, или пренос на топлина. Механизъм за обратна връзка, включващ нервната система и кръвния поток, променя чувствителността на температурните рецептори (фиг. 15.4, 15.5). Термочувствителните образувания се намират и в различни области на централната нервна система – в моторната кора, в хипоталамуса, в мозъчния ствол (ретикуларна формация, продълговатия мозък) и гръбначния мозък.

В хипоталамуса, който понякога се нарича „термостат на тялото“, има не само център, който интегрира различни сензорни импулси, свързани с информация за температурата;

Ориз. 15.4.

физически баланс на тялото, но и център за регулиране на двигателните реакции, които контролират промените в температурата. След дисфункция на хипоталамуса се губи способността за регулиране на телесната температура.

Предният хипоталамус е свързан с контрола на регулирането на топлообмена, за да се предотврати прегряване - неговите неврони са чувствителни към температурата на течащата кръв. Ако функционирането на този център е нарушено, контролът върху телесната температура се поддържа в студена среда, но в горещо време той отсъства и телесната температура се повишава значително.

Друг център за терморегулация, разположен в задния хипоталамус, контролира количеството производство на топлина

Ориз. 15.5.Участието на нервната система в терморегулацията и по този начин предотвратява прекомерното охлаждане. Разрушаването на този център намалява способността за увеличаване на енергийния метаболизъм в студена среда и телесната температура пада.

Преносът на топлина от вътрешните области на тялото към крайниците в резултат на промени в обема на кръвния поток е важно средство за регулиране на загубата на топлина чрез вазомоторни реакции. Крайниците могат да издържат на много по-широк диапазон от температури, отколкото вътрешните части на тялото, и образуват отлични температурни „отвори“, т.е. места, които могат да позволят загубата на по-големи или по-малки количества топлина в зависимост от потока на топлина от вътрешните части на тялото през кръвния поток.

Терморегулацията е свързана със симпатиковата нервна система (виж фиг. 15.5). Регулира съдовия тонус; в резултат притока на кръв към кожата се променя (вижте Глава 4). Разширяването на подкожните съдове е придружено от забавяне на кръвния поток в тях и повишен топлообмен (фиг. 15.6). При екстремни горещини притокът на кръв към кожата на крайниците рязко се увеличава и излишната топлина се разсейва. Близостта на вените до повърхността на кожата увеличава охлаждането на кръвта, която се връща във вътрешните части на тялото.

При охлаждане съдовете се стесняват, намалявайки притока на кръв към периферията. При човек, когато кръвта преминава през големите съдове на ръцете и краката, нейната температура спада. Охладената венозна кръв, връщайки се вътре в тялото през съдове, разположени в близост до артериите, улавя голяма

Ориз. 15.6.Реакцията на повърхностните кожни съдове на студ е свиване (А)и топлина - разширение б)

делът на топлината, отделена от артериалната кръв. Такава система се нарича противоточен топлообмен.Той помага за връщането на голямо количество топлина във вътрешните части на тялото, след като кръвта премине през крайниците. Общият ефект от такава система е намаляване на преноса на топлина. Когато температурата на въздуха е близо до нулата, такава система не е от полза, тъй като в резултат на интензивен топлообмен между артериалната и венозната кръв температурата на пръстите на ръцете и краката може значително да намалее, което може да причини измръзване.

Основният източник на производство на топлина е свързан с мускулни контракции, които са под доброволен контрол. Друг вид повишено производство на топлина в тялото може да бъде мускулен тремор – реакция на студ. Малките мускулни движения по време на треперене повишават ефективността на производството на топлина. При треперене флексорите и екстензорите на крайниците и дъвкателните мускули се свиват ритмично и едновременно с висока честота. Честотата и силата на контракцията може да варира. Треперенето се генерира само ако въпросните мускули не участват в друга дейност. Може да се преодолее чрез доброволна мускулна работа. Волевите движения, като ходене, включват мускулна контракция, която преодолява треперенето. Както треперенето, така и ходенето са придружени от образуване на топлина. Невроните в задния хипоталамус влияят върху честотата и силата на мускулните контракции по време на треперене. Този център получава импулси от центъра за терморегулация в предния хипоталамус и от мускулните рецептори. Импулсите от мозъка преминават към всички нива на гръбначния мозък, където възникват ритмични сигнали, които предизвикват треперене в мускулите.

В допълнение, топлинната енергия се генерира от разграждането на мазнините, съхранявани в мастната тъкан. Най-ефективен в този смисъл е кафявата мазнина, разположена при новородени между лопатките и зад гръдната кост. Няколко дни след раждането производството на топлина от кафявите мастни клетки е основният отговор на студа. По-късно при децата тази реакция става трепереща. Кафявата мазнина се намира в големи количества при животни, които спят зимен сън. Разграждането на мазнините от бялата мастна тъкан е по-малко ефективно. Бялата мазнина допринася не за образуването, а за запазването на топлината.