Физическая терморегуляция. Механизм терморегуляции организма человека Физическая терморегуляция человека

Понятие о температуре тела

Температура тела человека поддерживается на относительно постоянном на относительно постоянном уровне, не смотря на колебания температуры внешней среды. Это постоянство температуры тела носит название изотермия.

Благодаря способности к изотермии в организме поддерживается постоянно высокая скорость протекания всех химических реакций, а, следовательно, возможно высокая интенсивность осуществления всех жизненных процессов не смотря на колебания температуры окружающей среды.

Образование тепла в организме происходит вследствие непрерывно совершающегося окисления органических веществ. Окисление протекает во всех органах и тканях, но неодинаково интенсивно.

В органах, производящих интенсивную работу (мышцы, печень, почки и т.д.), образуется большее количество тепла, чем в органах менее активных (хрящи, кости и т.д.).

Одновременно с образованием тепла идет и его отдача во внешнюю среду, в противном случае было бы перегревание организма. Степень потери тепла органами и тканями в значительной степени зависит от их местоположения. Поверхностно расположенные органы (кожа, мышцы) отдают больше тепла и сильнее охлаждаются, чем внутренние органы.

Отсюда следует, что температура различных частей тела неодинакова и зависит от:

1. интенсивности обмена веществ в органе,

2. положения органа.

Из этого следует, что понятие «Температура тела» является условным, так как в разных участках тела она различна.

Например, температура печени 37,8 – 38 0 ; температура кожи значительно ниже: а) шея – 34 0 , б) головы 33,5 0 , в) кожа пальцев рук – 28,5 0 , г) нос – 24,4 о.

Покрытые одеждой участки кожи имеют довольно постоянную температуру 33,2 – 33,5 0 . Температура же открытых участков кожи меняется на несколько градусов в зависимости от температуры внешней среды.

О температуре тела человека обычно судят на основании ее измерения в подмышечной впадине. Здесь температура у здорового человека равна 36,5 – 36,9 0 . В течение суток температура тела не остается постоянной, а колечлется в пределах 0,5 – 0,7 0 . Максимальная температура тела наблюдается в 16-18 часов, минимальная - в 3-4 часа утра. Эти колебания температуры тела зависят от образа жизни: покой и сон понижают температуру, мышечная деятельность повышает ее.

Постоянство температуры тела у человека может сохраняться лишь приусловии равенства теплообразования и теплоотдачи всего организма. Это достигается с помощь. Механизмов терморегуляции, регулирующих интенсивность образования тепла в организме и степень его отдачи во внешнюю среду, что во многом зависит от температуры окружающей среды. Организм, в зависимости от температуры среды, работы и т.д., может изменять и интенсивность обмена веществ, и отдачу тепла организмом.

Механизмы терморегуляции

Химическая термогегуляция

Она сводится к регуляции образования тепла в организме и тесно связана с изменением интенсивности обмена веществ в организме.

При повышении температуры окружающей среды обмен веществ, а следовательно, и образование тепла уменьшается.

При снижении температуры окружающей среды обмен веществ, а, следовательно, и образование тепла увеличиваются. Наиболее интенсивно образование тепла идет при сокращении скелетных мышц (при выполнении тяжелой физиоческой работы образование тепла увеличивается в 20-30 раз). В увеличении образования тепла имеет значение холодовая дрожь, которая возникает рефлекторно при действии холода и представляет собой беспорядочные непроизвольные мелкие сокращения скелетных мышц. Благодаря ей образование тепла может увеличиваться в 2-4 раза.

Физическая терморегуляция

Заключается в регуляции отдачи тепла организмом во внешнюю среду, что также зависит от температуры внешней среды. При повышении температуры внешней среды отдача тепла организмом увеличивается, при снижении температуры внешней среды – уменьшается.

Пути отдачи тепла .

Конвекция – это отдача тепла с кожи окружающему воздуху. При этом происходит перемещение нагреваемого кожей слоя воздуха вверх и замещение его более холодным воздухом.

Теплопроведение – отдача тепла с кожи прилегающим к ней предметам (земле, воде, стулу и т.д.)

Теплоизлучение – выделение тепла организмом излучением тепловых инфракрасных лучей.

Выраженность выше перечисленных путей отдачи тепла во многом зависит от температуры окружающей среды. При снижении температуры окружающей среды кровоснабжение кожи уменьшается, она при этом бледнеет, а отдача тепла уменьшается. При повышении температуры окружающей среды кровоснабжение кожи увеличивается, она при этом становится розовой, а отдача тепла увеличивается.

Испарение воды с поверхности кожи. При высоких температурах окружающей среды выделение пота увеличивается и наоборот.

Испарение воды с поверхности легких при дыхании. На холоде дыхание рефлекторно становится реже, а при высокой окружающей температуре дыхание учащается (тепловая одышка).

При испарении 1 грамма воды организм теряет 2,4 кдж.

На отдачу тепла организмом влияют:

движение окружающего воздуха,

площадь поверхности кожи, с которой идет отдача тепла.

теплопроводность окружающей среды (воздух, вода),

влажность воздуха,

характер одежды.

Регуляция теплообмена

Поддержание стабильной температуры тела сводится к уравновешиванию двух противоположно направленных процессов: теплообразования и теплоотдачи. Это достигается благодаря наличию механизмов регуляции теплообмена.

Регуляция теплообмена осуществляется нервным и гуморальным путями.

Нервная регуляция.

В организме имеются терморецепторы (холодовые, тепловые). Они имеются в коже, слизистой языка, желудка, трахеи, бронхов, в стенках кровеносных сосудов и т.д. Терморецепторы воспринимают колебания температуры тканей, в которых они расположены, и передают информацию о величине изменений температуры в центры терморегуляции.

Высший центр терморегуляции находится в промежуточном мозге в гипоталамусе. В переднем гипоталамусе расположен центр, регулирующий теплоотдачу, а в заднем – центр, регулярующий теплообразование. Информация, поступающая от терморецепторов, изменяет их деятельность и рефлекторно происходит изменение деятельности органов, оказывающих влияние на теплообразование и теплоотдачу.

Раздражение центра, регулирующего теплоотдачу, вызывает расширение сосудов кожи, усиление потоотделения, учащение дыхания. Все это усиливает теплоотдачу и предотвращает повышение температуры тела.

Раздражение центра, регулирующего теплообразование, усиливает обмен веществ, вызывает холодовую дрожь. Это все увеличивает образование тепла, что препятствует снижению температуры тела.

Кроме центров гипоталамуса, в регуляции теплообмена участвуют и другие нервные центры: сосудодвигательный (сужение и расширение сосудов), дыхательный (учащение или урежение дыхания), центры спинного мозга (дрожь, потоотделение).

На центр терморегуляции оказывает влияние не только информация от терморецепторов, но и изменение температуры крови, омывающей центр терморегуляции, что ведет к изменению его деятельности.

На центр терморегуляции оказывает влияние и кора больших полушшарий. Доказательством этого служит повышение температуры тела в состоянии сильного азарта, при бурных проявлениях радости, восторга, переживаниях.

Гуморальная регуляция

В регуляции температуры тела принимают участие и эндокринные железы, главным образом щитовидная железа и надпочечники.

При охлаждении организма в крови увеличивается количество гормонов щитовидной железы, которые стимулируют процессы обмена веществ, что ведет к увеличению образования тепла в организме.

Адреналин усиливает окислительные процессы в тканях, в частности, в мышцах, что увеличивает образование тепла. Он также суживает сосуды кожи, уменьшая тем самым теплоотдачу.

Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды. Это постоянство температуры тела носит название изотермии.

Изотермия свойственна только так называемым гомойотермным, или теплокровным животным. Изотермия отсутствует у пойкилотермных, или холоднокровных животных, температура тела которых переменна и мало отличается от температуры окружающей среды.

Изотермия в процессе развития организма развивается постепенно. У новорожденного ребенка способность поддерживать постоянство температуры тела слабая. Вследствие этого может наступить охлаждение (гипотермия) или перегревание (гипертермия) организма при таких температурах окружающей среды, которые не оказывают влияния на взрослого человека. Кроме того, даже небольшая мышечная работа, например связанная с длительным криком ребенка, может повысить температуру тела.

Температура - один из важнейших факторов, определяющих скорость и направление химических реакций. Суть обмена веществ -главного и неотъемлемого признака жизни - химические ферментативные реакции. Поэтому температура - одна из важнейших констант организма, которая поддерживается на строго постоянном уровне. Температура органов и тканей, как и всего организма в целом, зависит от интенсивности теплопродукции и от величины теплоотдачи.

Теплопродукция происходит вследствие непрерывно совершающихся экзотермических реакций. Эти реакции протекают во всех органах и тканях с разной степенью интенсивности. В тканях и органах, производящих активную работу - в мышечной ткани, печени, почках, выделяется большее количество тепла, чем в менее активных - соединительной ткани, костях, хрящах.

Теплоотдача - отдача тепла в окружающую среду, она идет постоянно и одновременно с процессом теплопродукции.

Потеря тепла осуществляется несколькими путями. Как любое нагретое тело, организм отдает тепло путем излучения. В условиях, когда температура окружающей среды ниже температуры тела, происходит отдача тепла путем конвекции - нагреванием воздуха или предметов, с которыми тело соприкасается. Наконец, теплоотдача осуществляется путем испарения воды - пота с поверхности тела. Часть тепла теряется с выдыхаемым воздухом, мочой и калом.

Температура разных органов различна. Так, печень, расположенная глубоко внутри тела и дающая большую теплопродукцию, имеет у человека более высокую и постоянную температуру (37,8-38°С) по сравнению с кожей, температура которой значительно ниже (на покрытых одеждой участках 29,5-33,9°С) и в большей мере зависит от окружающей среды. При этом различные участки кожной поверхности имеют разную температуру. Обычно температура кожи туловища и головы (33-34°С) выше температуры конечностей. Из изложенного следует, что понятие «постоянная температура тела» является условным. Лучше всего среднюю температуру организма как целого характеризует температура крови в наиболее крупных сосудах, так как циркулирующая в них кровь нагревается в активных тканях (тем самым охлаждая их) и охлаждается в коже (одновременно согревая ее).

О температуре тела человека судят обычно на основании ее измерения в подмышечной впадине. Здесь температура у здорового человека равна 36,5-З6,9°С. В клинике часто (особенно у грудных детей) измеряют температуру в прямой кишке, где она выше, чем в подмышечной впадине, и равна температуре у здорового человека в среднем 37,2-37,5°С.

Температура тела не остается постоянной, а колеблется в течение суток в пределах 0,5-0,7°С. Покой и сон понижают температуру, мышечная деятельность повышает ее. Максимальная температура тела наблюдается в 4-6 ч. вечера, минимальная - в 3-4 ч. утра.

Постоянство температуры тела у человека может сохраняться при условии равенства теплопродукции и теплоотдачи всего организма. Это достигается с помощью физиологических механизмов терморегуляции. Терморегуляция проявляется в форме взаимосочетания процессов теплопродукции и теплоотдачи, регулируемых нервно-эндокринным путем. Терморегуляцию принято разделять на химическую и физическую.

Химическая терморегуляция осуществляется путем изменения уровня теплообразования, т.е. усиления или ослабления интенсивности обмена веществ в клетках организма. Физическая терморегуляция осуществляется путем изменения интенсивности отдачи тепла.

Увеличение продукции тепла при сократительном термогонезе происходит за счет увеличения активности мышечной ткани. При сокращении скелетных произвольных мышц выработка тепла увеличивается. Существует особый вид мышечных сокращений - мышечная дрожь, при которой мышцы не совершают полезной работы и их сокращение направлено исключительно на выработку тепла.

При несократительном термогенезе меняется ход химических реакций. Не вся освобождающаяся в процессах диссимиляции энергия заключается в молекулы АТФ. Число синтезируемых молекул АТФ уменьшается, т.к. часть энергии сразу переходит в тепло. Организм согревается, но его рабочие возможности уменьшаются. Химическая терморегуляция, основанная на изменении обмена веществ, - слишком дорогая цена для поддержания температуры тела на постоянном уровне.

Химическая терморегуляция имеет важное значение для поддержания постоянства температуры тела, как в нормальных условиях, так и при изменении температуры окружающей среды. Механизмы химической терморегуляции включаются тогда, когда органам подвергается длительному и сильному охлаждению.

У человека отмечается усиление теплопродукции вследствие увеличения интенсивности обмена веществ, если температура окружающей среды становится ниже оптимальной температуры или зоны комфорта. При обычной легкой одежде эта зона находится в пределах 18-20°С, а для обнаженного человека - 28°С.

Наиболее интенсивная теплопродукция в организме происходит в мышцах. Даже если человек лежит неподвижно, но с напряженной мускулатурой, окислительные процессы, а вместе с тем и теплопродукция повышаются на 10%. Небольшая двигательная активность ведет к увеличению теплообразования на 50-80%, а тяжелая мышечная работа - на 400-500%.

В условиях холода теплообразование в мышцах увеличивается, даже если человек находится в неподвижном состоянии. Это обусловлено тем, что охлаждение поверхности тела, действуя на рецепторы, воспринимающие холодовое раздражение, рефлекторно обуславливает беспорядочные непроизвольные сокращения мышц, проявляющиеся в виде дрожи (озноб). При этом обменные процессы организма значительно усиливаются, увеличивается потребление кислорода и углеводов мышечной тканью, что и влечет за собой повышение теплопродукции.

В химической терморегуляции, кроме мышц, значительную роль играют печень и почки.

Освобождение энергии в организме совершается за счет окислительного распада белков, жиров и углеводов. Поэтому все механизмы, которые регулируют окислительные процессы, регулируют и теплопродукцию.

Физическая терморегуляция появилась на более поздних этапах эволюции. Ее механизмы не затрагивают процессов клеточного обмена. Механизмы физической терморегуляции включаются рефлекторно и имеют как любой рефлекторный механизм три основных компонента. Во-первых, это рецепторы, воспринимающие изменение температуры внутри организма или окружающей среды. Второе звено - это центр терморегуляции. Третье звено - эффекторы, которые изменяют процессы теплоотдачи, сохраняя температуру тела на постоянном уровне. В организме, кроме потовой железы, нет собственных эффекторов рефлекторного механизма физической терморегуляции.

Физическая терморегуляция - это регуляция теплоотдачи. Ее механизмы обеспечивают поддержание температуры тела на постоянном уровне как в условиях, когда организму грозит перегрев, так и при охлаждении.

Физическая терморегуляция осуществляется путем изменений отдачи тепла организмом. Особо важное значение она приобретает в поддержании постоянства температуры тела во время пребывания организма в условиях повышенной температуры окружающей среды.

Теплоотдача осуществляется путем теплоизлучения (радиационная теплоотдача), конвекции, т. е. движения и перемешивания нагреваемого телом воздуха, теплопроведения, т.е. отдачи тепла веществом, соприкасающимся с поверхностью тела. Характер отдачи тепла телом изменяется в зависимости от интенсивности обмена веществ.

Потере тепла препятствует тот слой неподвижного воздуха, который находится между одеждой и кожей, так как воздух плохой проводник тепла. В значительной степени препятствует теплоотдаче слой подкожной жировой клетчатки в связи с малой теплопроводностью жира.

Температура кожи, а следовательно интенсивность теплоизлучения и теплопроведения могут изменяться в холодных или жарких условиях внешней среды в результате перераспределения крови в сосудах и при изменении объема циркулирующей крови.

На холоде кровеносные сосуды кожи, главным образом артериолы, сужаются; большее количество крови поступает в сосуды брюшной полости и тем самым ограничивается теплоотдача. Поверхностные слои кожи, получая меньше теплой крови, излучают меньше тепла, поэтому теплоотдача уменьшается. Кроме того, при сильном охлаждении кожи происходит открытие артериовенозных анастомозов, что уменьшает количество крови, поступающей в капилляры, и тем самым препятствует теплоотдаче.

Перераспределение крови, происходящее на холоде, - уменьшение количества крови, циркулирующей через поверхностные сосуды, и увеличение количества крови, проходящей через сосуды внутренних органов, - способствует сохранению тепла во внутренних органах, температура которых поддерживается на постоянном уровне.

При повышении температуры окружающей среды сосуды кожи расширяются, количество циркулирующей в них крови увеличивается. Возрастает также объем циркулирующей крови во всем организме вследствие перехода воды из тканей в сосуды, а также потому, что селезенка и другие кровяные депо выбрасывают в общий кровоток дополнительное количество крови. Увеличение количества крови, циркулирующей через сосуды поверхности тела, способствует теплоотдаче посредством радиации и конвекции. Для сохранения постоянства температуры тела при высоких температурах окружающей среды имеет значение и потоотделение, происходящее за счет теплоотдачи в процессе испарения воды.

Регуляторные реакции, обеспечивающие сохранение постоянства температуры тела, представляют собой сложные рефлекторные акты, которые возникают в ответ на температурное раздражение рецепторов.

Рецепторы, с которых запускаютсярефлекторные механизмы химической и физической терморегуляции, подразделяются на рецепторы, реагирующие на тепло и холод, или тепловые и холодовые терморецепторы. Они располагаются как на поверхности, так и внутри тела. Из поверхностных особенно важны терморецепторы кожи, из внутренних - терморецепторы гипоталамуса.

Центральный механизм системы терморегуляции состоит из ряда отделов центральной нервной системы, начиная от спинного мозга и до коры больших полушарий головного мозга включительно. Ее главный отдел расположен в гипоталамусе и подразделяется на центр теплопродукции и центр теплоотдачи. Импульсы из гипоталамуса поступают по нисходящим путям к центрам вегетативной нервной системы, расположенным в продолговатом и спинном мозге, или к нейронам, иннервирующим поперечно-полосатые мышцы. Затем по вегетативным и соматическим нервам информация идет к эффекторам терморегуляции: мышцам, потовым железам, центрам дыхательной и сердечно-сосудистой систем, изменяя их функции в интересах сохранения или отдачи тела. Благодаря связям структур гипоталамуса и гипофиза, центральные структуры терморегуляции через железы внутренней секреции нейрогуморальным путем могут влиять на интенсивность обмена веществ в клетках, увеличивая теплопродукцию. Это, безусловно, рефлекторные механизмы регуляции температуры тела. Тесные связи гипоталамических центров с корой головного мозга обеспечивают условно-рефлекторную регуляцию процессов терморегуляции, тонкое приспособительное изменение деятельности всех органов, принимающих участие в терморегуляции в ответ на многообразные изменения внешней среды.

Единственным собственным эффектором - исполнителем физической терморегуляции - является потовая железа. Потоотделение - наиболее мощный физиологический механизм отдачи тепла, т.е. охлаждения. Человек в спокойном состоянии теряет путем испарения влаги, выделившейся при потоотделении, около 20% тепла, а при мышечной работе - до 80%. Интенсивность процесса испарения зависит от многих факторов: состояния организма, окружающей температуры, движения воздуха и его влажности. Испарение воды - важный фактор физической терморегуляции. Помимо собственного эффектора потовой железы, оно осуществляется и выделением воды при дыхании и испарением ее с поверхности дыхательных путей. Таким образом, дыхательная система - один из важнейших эффекторов физической терморегуляции. Изменение частоты и глубины дыхательных движений - тепловая одышка, возникающая в условиях воздействия на организм высокой температуры, - важный механизм терморегуляции у человека. Один из самых важных эффекторов физической терморегуляции - сердечно-сосудистая система, которая решает задачи как теплоотдачи, так и теплосохранения, и поэтому вовлекается в процессы терморегуляции и в условиях, грозящих организму перегревом и охлаждением. Тепло отдается в окружающую среду с поверхности тела - кожи, подкожной жировой клетчатки и частично прилегающих мышц. Изменение диаметра сосудов этих органов приводит к перераспределению количества «нагретой» циркулирующей крови. В условиях, когда теплоотдачу необходимо уменьшить, происходит сужение сосудов, количество, крови поступающей к поверхности тела, уменьшается, и нагретая кровь, проходя через артериовенозные анастомозы, стекает в сосуды внутренних органов. Температура поверхности тела понижается, и уменьшается отдача тепла путем теплоизлучения и конвекции. В условиях, требующих повышения теплоотдачи, расширение сосудов приводит к увеличению притока «горячей» крови к поверхности тела, и теплоотдача увеличивается. Одновременно в этих условиях возрастает и потоотделение.

Если температура тела превышает температуру среды, то тело будет отдавать тепло в среду. Отдача тепла в окружающую среду осуществляется излучением, теплопроведением, конвекцией и испарением.

Повышение температуры среды выше температуры тела приводит к приросту температуры тела за счёт излучения и проведения. В этих условиях освобождение от излишков тепла и охлаждение осуществляются только потоиспарением. Движение воздуха около кожи усиливает скорость испарения и тем самым увеличивает эффективность потери тепла (охлаждающий эффект вентилятора).

Физическая терморегуляция (теплоотдача.) Если температура тела превышает температуру среды, то тело будет отдавать тепло в среду. Отдача тепла в окружающую среду осуществляется излучением, теплопроведением, конвекцией и испарением.

Излучение . Обнажённый человек в условиях комнатной температуры теряет около 60% от отдаваемого тепла посредством излучения инфракрасных волн длиной от 760 нм.

Конвекция (15% отдаваемого тепла) - потеря тепла путём переноса движущимися частицами воздуха или воды. Количество тепла, теряемого конвекционным способом, возрастает с увеличением скорости движения воздуха (вентилятор, ветер). В воде величина отдачи тепла путём проведения и конвекции во много раз больше, чем на воздухе.

Проведение - контактная передача тепла (3% отдаваемого тепла) при соприкосновении поверхности тела с какими-либо физическими телами (стул, пол, подушка, одежда и др.).

Излучение, конвекция и проведение происходят, когда температура тела выше температуры окружающей среды. Если температура поверхности тела равна или ниже температуры окружающей среды, то эти способы потери тепла организмом становятся неэффективными. Например, в обычных условиях теплопроведение играет небольшую роль, т.к. воздух и одежда плохо проводят тепло.

Испарение - необходимый механизм выделения тепла при высоких температурах. Испарение воды с поверхности тела приводит к потере 2,43 кДж (0,58 ккал) тепла на каждый грамм испарившейся воды.

Неощутимое испарение - результат непрерывной диффузии молекул воды через кожу и дыхательные поверхности, оно не контролируется системой температурной регуляции Даже без видимого потоотделения вода испаряется с поверхности кожи и лёгких в пределах от 700 – 850 мл воды в день (300 – 350 мл – с поверхности легких, 400 – 500 мл – с поверхности кожи) , вызывая потерю тепла порядка 12–16 ккал/час .

Интенсивность процесса зависит от относительной влажности среды : в насыщенном водяными парами воздухе испарение не происходит. Поэтому в бане пот выделяется в большом количестве, но не испаряется и стекает с поверхности кожи – неэффективное потоотделение .

При тяжелой физической работе в условиях высокой температуры среды пребывания потоотделение может достигать 10–12 л/сут. После тяжелой мышечной нагрузки путем испарения отдается 75% тепла, радиации – 12%, конвекции 13% (для сравнения: в покое при 20 0 С – доля радиации составляет 66%, испарения - 19%, конвекции - 15%).

Вместе с потом теряется большое количество солей (в первую очередь - хлористого натрия) и витамина С. В связи с этим, нормы потребления данных веществ должны быть значительно расширены в рационе людей, работающих в горячих цехах и в условиях жаркого климата.

В теплоотдаче принимают участие кожа, слизистые, легкие, сердечно-сосудистая и выделительная системы .

Особо важную роль в процессах теплоотдачи играет состояние кожных сосудов, а также частота сердечных сокращений и дыхания.

Сердечно-сосудистая система влияет на интенсивность теплоотдачи за счет перераспределения крови в сосудах и изменения объема циркулирующей крови.

На холоде кровеносные сосуды кожи, в основном артериолы, суживаются; открываются артериовенозные анастомозы. Это уменьшает количество крови в капиллярах. В результате повышается термоизоляция организма и тепло сохраняется за счет ограничения теплоотдачи. За счет перераспределения крови увеличивается объемная скорость кровотока во внутренних органах – это способствует сохранению тепла в них – реакция теплоконсервации .

При повышении температуры окружающей среды:

1) сосуды кожи расширяются, количество циркулирующей в них крови увеличивается;

2) возрастает объем циркулирующей крови за счет перехода воды из тканей в сосуды и выброса крови из селезенки и других кровяных депо. В результате увеличивается теплоотдача путем радиации и конвекции.

Дыхательная система – аналогичный результат возникает и при учащении дыхания из-за выведения из организма большего количества нагретого воздуха. Особенно важное значение имеет у непотеющих животных (либо лишенных потовых желез, либо имеющих густую шерсть, затрудняющую потоотделение) – собаки, кошки и др. При повышении температуры среды у них развивается тепловая одышка – сильно учащенное, но крайне поверхностное дыхание. Увеличивает испарение воды со слизистой полости рта и верхних дыхательных путей.

Теплоотдаче препятствуют :

1) слой подкожной жировой клетчатки – в связи с малой теплопроводностью жира;

2) одежда – за счет того, что между ней и кожей находится слой неподвижного воздуха, являющегося плохим проводником тепла (его температура достигает 30 0 С). Теплоизолирующие свойства одежды тем лучше, чем более мелкоячеиста ее структура – шерстяная и меховая. Непроницаемая для воздуха одежда (резиновая) переносится плохо – слой воздуха между ней и телом быстро насыщается водяными парами и испарение прекращается.

3) изменение положения тела : когда холодно, животные «сворачиваются в клубок», что уменьшает поверхность теплоотдачи; когда жарко, наоборот, принимают положение, при котором она возрастает;

4) реакция кожных мышц - для человека имеет рудиментарное значение («гусиная кожа»), у животных изменяет ячеистость шерстяного покрова, в результате чего теплоизолирующая роль шерсти улучшается.

Постоянство температуры тела обеспечивается совместным действием механизмов, регулирующих с одной стороны, интенсивность обмена веществ и зависящее от него теплообразование(химическая терморегуляция), а с другой – теплоотдачу(физическая терморегуляция).

Таким образом, полезным приспособительным результатом деятельности рассматриваемой функциональной системы является постоянство не температуры кожи (температурной «оболочки»), а температуры внутренних органов (температурного «ядра»)

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ПОСТОЯНСТВО ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА

1 звено - полезный приспособительный результат – поддержание температуры тела на постоянном уровне.

2 звено - рецепторы . Терморецепцию осуществляют свободные окончания тонких сенсорных волокон типа А (дельта) и С.

(Регуляция постоянства температуры – это сложнорефлекторный акт, осуществляющийся в результате раздражения рецепторов кожи, кожных и подкожных сосудов, а также ЦНС.)

3 звено функциональной системы – нервный центр

4 звено функциональной системы – исполнительные органы. Температура тела определяется определяется соотношением интенсивности:

1) образования тепла

2) отдачи тепла

МЕХАНИЗМЫ терморегуляции

Нервные механизмы терморегуляции в своей основе имеют рефлекторные дуги, в состав которых входят рецепторные образования (тепловые и холодовые рецепторы). По афферентным нервным волокнам импульсация от рецепторного аппарата достигает ряда основных центров вегетативной регуляции, прежде всего структур гипоталамуса. Эфферентной частью рефлекторной дуги являются симпатические и парасимпатические нервные волокна, иннервирующие внутренние органы, а также сосуды. Эфферентная импульсация осуществляется и по двигательным соматическим волокнам, регулирующим деятельность скелетной мускулатуры.

Локализация и свойства терморецепторов.

Периферические терморецепторы находятся в коже, подкожных тканях, кожных и подкожных сосудах. Кожные терморецепторы представляют собой неинкапсулированные нервные окончания.

Центральные терморецепторы расположены в медиальной преоптической области гипоталамуса (центральные нейроны-термосенсоры), ретикулярной формации среднего мозга, спинном мозге.)

Тепловые и холодовые рецепторы в ЦНС реагируют на изменение температуры крови, притекающей к нервным центрам. Замечено повышение теплообразования при охлаждении сонной артерии, приносящей кровь к головному мозгу.

Доказательства наличия центральных терморецепторов :

1 ) погружение денервированных задних конечностей собаки в холодную воду вызывает дрожь мышц головы, передних конечностей, туловища и увеличение теплообразования. Это связано с тем, что «холодная» кровь раздражает центральные терморецепторы;

2)при охлаждении сонной артерии, приносящей кровь к головному мозгу , развиваются дрожь и сужение сосудов кожи, что приводит к повышению теплообразования и ограничению теплоотдачи соответственно.

Найдены терморецепторы в дыхательных путях, в продолговатом мозге и в двигательной коре.

Таким образом, организм человека имеет двойную систему контроля температуры тела: воздействие внешней среды (тепловое или холодовое) обнаруживается кожными рецепторными образованиями , температура внутренней среды регистрируется терморецепторами внутренних органов и структур ЦНС.

Функциональная мобильность терморецепторов. Свойство терморецепторов кожи изменять свою чувствительность к температурным воздействиям в зависимости от изменения общего состояния организма отражает универсальное свойство рецепторов, открытое П.Г. Снякиным и получившее название «функциональная мобильность рецепторов».

Кроме того терморецепторы подразделяют на тепловые и холодовые .

X олодовые рецепторы располагаются в толще кожи, на глубине около 0,17 мм , тепловые рецепторы - на глубине 0,3 мм . Общее число точек поверхности кожи, воспринимающих холод, значительно превышает число точек, воспринимающих тепло. Холодовые и тепловые рецепторы располагаются неравномерно по кожной поверхности. Имеются индивидуальные зоны преимущественной локализации тепловых и холодовых терморецепторов.

Среди периферических терморецепторов преобладают холодовые , среди центральных – тепловые . При оптимальной для человека температуре окружающей среды терморецепторы генерируют разряды со стационарной частотой. С понижением окружающей температуры частота импульсации и холодовых рецепторов возрастает, тепловых - снижается. Наоборот, при повышении окружающей температуры возрастает частота импульсации тепловых рецепторов и снижается - холодовых.

Частота импульсов холодовых рецепторов кожи максимальна при температуре равной 20-30 0 С, а для тепловых рецепторов температура равна 38-43 0 С . Ощущение горячего – жжение – возникает при температуре выше 45 0 С и воспринимается другими рецепторами – горячевыми или рецепторами жжения(о тносятся к полимодальным ноцицепторам и являются промежуточным звеном между терморецепторами и ноцицепторами).

Роль нервных центров .

Поддержание температуры тела на оптимальном для метаболизма уровне осуществляется за счет регулирующего влияния ЦНС. Впервые наличие в головном мозге центра, способного изменять температуру тела, было обнаружено в 80-х годах XIX в. К. Бернаром . Его опыт, получивший название «теплового укола», состоял в следующем: в область промежуточного мозга через трепанационное отверстие вводили электрод, вызывающий раздражение данной области. Спустя 2-3 ч после введения электрода наступало стойкое повышение температуры тела животного. В дальнейших исследованиях было установлено, что важнейшая роль в процессах терморегуляции принадлежит гипоталамусу.

Согласно современным представлениям, терморегуляция осуществляется распределенной системой , основной частью которой является гипоталамический терморегуляционный механизм

Экспериментально было установлено, что основные (главные) центры терморегуляции находятся в гипоталамусе (за счет них воспринимаются изменения в окружающей и внутренней среде). При разрушении гипоталамуса – утрачивается способность регулировать температуру тела и животное становится пойкилотермным. . К нейронам гипоталамической области адресуется и импульсация, возникающая в терморецепторах внутренних органов и поверхности кожи. Сенсорная информация от терморецепторов распространяется по нервным волокнам типа А-дельта и через лемнисковые пути к нейронам таламуса, а затем в гипоталамус и сенсомоторную область коры большого мозга.

Известно, что регуляция процесса теплообразования (химическая терморегуляция) осуществляется деятельностью ядер задней части гипоталамуса ; процессы физической терморегуляции (теплоотдачи) обусловлены ядрами переднего гипоталамуса. Таким образом, в гипоталамусе имеется два регулирующих центра: центр теплообразования и центртеплоотдачи .

Центры теплоотдачи (передние ядра гипоталамуса) - разрушение этих структур приводит к тому, что животные утрачивают способность поддерживать постоянство температуры тела в условиях высокой температуры окружающей среды. Температура их тела при этом начинает возрастать, животные переходят в состояние гипертермии, причем гипертермия может развиться даже при комнатной температуре. Раздражение этих структур через вживленные электроды электрическим током вызывает у животных характерный синдром: одышку, расширение поверхностных сосудов кожи, падение температуры тела. Вызванная предварительным охлаждением мышечная дрожь у них прекра­щается.

Центры теплообразования (латерально-дорсальный гипоталамус) - их разрушение приводит к тому, что животные утрачивают способность поддерживать постоянство температуры тела в условиях пониженной температуры окружающей среды. Температура их тела в этих условиях начинает падать, и животные переходят в состояние гипотермии. Электрическое раздражение соответствующих центров гипоталамуса вызывает у животных следующий синдром: 1) сужение поверхностных сосудов кожи;

Физическая терморегуляция осуществляется путем изменения интенсивности отдачи тепла телом.

Для поддержания постоянства температуры тела при повышении температуры внешней среды особенно важная роль принадлежит физической терморегуляции . Если температура окружающей среды иприближается или становится равной температуре тела, обмен веществ понижается, но это не может предохранить организм от перегревания, так как в организме все же происходит значительное теплообразование. В этих случаях основное значение для сохранения изотермии имеет физическая терморегуляция, осуществляемая путем усиления теплоотдачи. Образующееся в организме тепло выделяется преимущественно путем теплоизлучения (paдиационная теплоотдача) и теплопроведения (конвекционная теплоотдача). т. е. путем его непосредственной отдачи кожей воздуху и тем предметам, с кооторыми кожа соприкасается. Теплопроведение и теплоизлучение вместе в состоянии покоя составляют около 70% всей теплоотдачи взрослого человека (теплоизлучение - 55 %, теплопроведение - около 15%).

При обычных условиях в отсутствие активной работы около 27% тепла отдается телом путем испарения воды с поверхности кожи и легких. Если учесть, что потовые железы выделяют в сутки около 500 мл, а легкие- около 350 мл воды и что испарение 1 мл воды требует 0,58 ккал, то на испарение воды телом затрачивается около 500 ккал. 3% отдаваемого телом тепла уходят на нагревание выдыхаемого воздуха и выделенного кала и мочи.

Одежда служит человеку средством для уменьшения теплоотдачи. При этом потере тепла препятствует тот слой неподвижного воздуха, который находится между одеждой и кожей, так как воздух - плохой проводник тепла. Температура воздуха под одеждой достигает 30°. Напротив, обнаженное тело теряет тепло, потому что воздух на его поверхности все время сменяется. Поэтому температура кожи на обнаженных частях тела значительно ниже, чем на одетых.

В значительной степени препятствует теплоотдаче слой подкожной жировой клетчатки в связи с малой теплопроводностью жира.

Теплоизлучение и теплопроведенне можно рассматривать вместе, так как они всегда изменяются параллельно и зависят от одного и того же фактора: разности температур кожи и окружающей среды. Температура кожи, следовательно, и интенсивность теплоизлучения и теплопроведения, может изменяться, во-первых, при перераспределении крови в сосудах, во-вторых, при изменении количества циркулирующей крови.

Перераспределение крови и разных сосудистых областях происходит следующим образом: на холоду кровеносные сосуды кожи, главным образом арториолы, суживаются, и большее количество крови поступает в сосуды органов брюшной полости. Поверхностные слои кожи, получая меньшей теплой крови, излучают меньше тепла и меньше нагревают окружающую среду - теплоотдача уменьшается. При сильном охлаждении конечностей происходит, кроме того, открытие артерио-венозных анастомозов, что уменьшает количество крови, поступающее в капилляры кожи и препятствует тем самым теплоотдаче.

При высокой температуре окружающей среды сосуды кожи расширяются, теплая кровь приливает к коже, температура ее повышается, поэтому повышается и излучение, и проведение тепла.

Увеличение количества циркулирующей крови при высокой температуре окружающей среды достигается путем перехода воды из тканей в кровь, а также тем, что селезенка и другие кровяные депо выбрасывают в общую циркуляцию дополнительные количества крови. На холоду вследствие противоположных процессов количество циркулирующей крови значительно уменьшается. При увеличении количества циркулирующей крови увеличивается, конечно, и количество крови, проходящей через кожу, что повышает отдачу кожей тепла в окружающую среду.

Для сохранения постоянства температуры тела человека при высокой температуре окружающей среды весьма большое значение имеет испарение с поверхности кожи. Таким путем организм отдает при высокой температуре очень большие количества тепла.

Значение потоотделения для поддержания постоянства температуры хорошо видно из следующего подсчета: в тропиках температура окружающего воздуха нередко достигает 37°, т. е. равна температуре тела ка. Это значит, что организм человека, живущего в этих условиях, не может отдавать образующееся в нем самом тепло путем теплоизлучения и теплопроведения. Единственным путем для отдачи тепла является испарение воды. Считая среднее теплообразование в сутки равным 2400- ккал и зная, что на испарение 1 г воды с поверхности тела расходуется ккал, получаем, что для удержания температуры тела человека на постоянном уровне при этих условиях необходимо испарение 4,5 л воды Особенно интенсивное потоотделение происходит при высокой окружающей температуре в условиях мышечной работы, когда возрастает теплообразование в самом организме. При очень тяжелой работе выделение пота к рабочих горячих цехов может составить до 12 л за день.

Испарение воды зависит от относительной влажности воздуха и в насыщенном водяными парами воздухе совершаться не может. Поэтому высокая температура при высокой влажности атмосферы переносится тяжелее, чем при низкой влажности. В насыщенном водяными парами воздухе, например в бане, пот выделяется в большом количестве, но неиспаряется и стекает с кожи. Такое потоотделение не способствует отдаче тепла; только та часть пота, которая испаряется с поверхности кожи, имеет значение для теплоотдачи (эта часть пота составляет «эффективное потоотделение»).

Плохо переносится также непроницаемая для воздуха одежда (кожаная, резиновая), препятствующая испарению пота: слой воздуха между одеждой и телом быстро насыщается парами и дальнейшее испарение пота прекращается.

Значение испарения пота с поверхности тела для поддержания постоянства температуры тела видно из того, что человек плохо переносит даже сравнительно низкую температуру окружающей среды (32°), если воздух влажен. В совершенно сухом воздухе человек может находиться без заметного перегревания в течение 2-3 часов при температуре 50-55°.

Некоторая часть воды испаряется легкими в виде паров, насыщающих выдыхаемый воздух. Поэтому дыхание также участвует в удержании температуры тела на постоянном уровне. На холоду дыхательный центр рефлекторно угнетается, дыхание становится реже, наоборот при высокой окружающей температуре дыхательный центр возбуждается.

Из всего изложенного следует, что регуляция температуры тела осуществляется путем совместного действия, с одной стороны, механизмов,. регулирующих интенсивность обмена веществ и зависящее от него теплообразование (химическая регуляция тепла), а с другой стороны, механизмов, регулирующих кровоснабжение кожи, потоотделение и дыхание (физическая регуляция тепла).

Теплота способна переходить только из области более высокой температуры в область более низкой. Поэтому поток тепловой энергии от живого организма в окружающую среду не прекращается до тех пор, пока температура тела выше, чем температура среды.

Температура тела определяется соотношением скорости метаболической теплопродукции клеточных структур и скорости рассеивания образующейся тепловой энергии в окружающую среду. Следовательно, теплообмен между организмом и средой является неотъемлемым условием существования теплокровных организмов. Нарушение соотношения этих процессов приводит к изменению температуры тела.

Возможность протекания процессов жизнедеятельности ограничена узким диапазоном температуры внутренней среды, в котором могут происходить основные ферментативные реакции. Для человека снижение температуры тела ниже 25°с и её увеличение выше 43°с, как правило, смертельно. Особенно чувствительны к изменениям температуры нервные клетки.

С точки зрения терморегуляции, тело человека можно представить состоящим из двух компонентов: внешней оболочки, и внутреннего, ядра. Ядро – это часть тела, которая имеет постоянную температуру, а оболочка – часть тела, в которой имеется температурный градиент. Через оболочку идёт теплообмен между ядром и окружающей средой.

Терморегуляция – это совокупность физиологических процессов, направленных на поддержание относительного постоянства температуры ядра в условиях изменения температуры среды с помощью регуляции теплопродукции и теплоотдачи. Терморегуляция направлена на предупреждение нарушений теплового баланса организма или на его восстановление, если подобные нарушения уже произошли, и осуществляется нервно-гуморальным путём.

Терморегуляцию можно разделить на два основных вида:

Химическую и физическую терморегуляцию. Они, в свою очередь, также подразделяются на несколько видов:

1. Химическая терморегуляция

   Сократительный термогенез
   - Несократительный термогенез

2. Физическая терморегуляция

Излучение
-Теплопроведение (кондукция)
-Конвекция
-Испарение

Рассмотрим эти виды терморегуляции подробнее.

Химическая терморегуляция

Химическая терморегуляция теплообразования – осуществляется за счёт изменения уровня обмена веществ, что приводит к изменению образования тепла в организме. Источником тепла в организме являются экзотермические реакции окисления белков, жиров, углеводов, а также гидролиз АТФ.

При расщеплении питательных веществ часть освобождённой энергии аккумулируется в АТФ, часть рассеивается в виде тепла (первичная теплота – 65–70% энергии). При использовании макроэргических связей молекул АТФ часть энергии идёт на выполнение полезной работы, а часть рассеивается (вторичная теплота). Таким образом, два потока теплоты – первичной и вторичной – являются теплопродукцией.

При необходимости повысить теплопродукцию, помимо возможности получения тепла извне, в организме используются механизмы, увеличивающие производство тепловой энергии.

К таким механизмам относятся сократительный и несократительный термогенез.

Этот вид терморегуляции работает если нам холодно и необходимо поднять температуру тела. Заключается этот метод в сокращении мышц.

При сокращении мышц возрастает гидролиз АТФ, поэтому возрастает поток вторичной теплоты, идущей на согревание тела.

Произвольная активность мышечного аппарата, в основном, возникает под влиянием коры больших полушарий. При этом повышение теплопродукции возможно в 3–5 раз по сравнению с величиной основного обмена.

Обычно при снижении температуры среды и температуры крови первой реакцией является увеличение терморегуляционного тонуса (волосы на теле "встают дыбом", появляются "мурашки") . С точки зрения механики сокращения, данный тонус представляет собой микровибрацию и позволяет увеличить теплопродукцию на 25–40% от исходного уровня. Обычно в создании тонуса принимают участие мышцы головы и шеи.

При более значительном переохлаждении терморегуляционный тонус переходит в мышечную холодовую дрожь . Холодовая дрожь представляет собой непроизвольную ритмическую активность поверхностно расположенных мышц, в результате которой теплопродукция повышается. Считается, что теплопродукция при холодовой дрожи в 2,5 раз выше, чем при произвольной мышечной деятельности.

Описанный механизм работает на рефлекторном уровне, без участия нашего сознания. Но поднять температуру тела можно и при помощи сознательной двигательной активности.

При выполнении физической нагрузки разной мощности теплопродукция возрастает в 5–15 раз по сравнению с уровнем покоя. Температура ядра на протяжении первых 15–30 минут длительной работы довольно быстро повышается до относительно стационарного уровня, а затем сохраняется на этом уровне или продолжает медленно повышаться.

Несократительный термогенез

Этот вид терморегуляции может приводить, как повышению, так и к понижению температуры тела.

Он осуществляется путём ускорения или замедления катаболических процессов обмена веществ. А это, в свою очередь, будет приводить к снижению или увеличению теплопродукции. За счёт этого вида термогенеза теплопродукция может вырасти в 3 раза.

Регуляция процессов несократительного термогенеза осуществляется путём активации симпатической нервной системы, продукции гормонов щитовидной и мозгового слоя надпочечников.

Физическая терморегуляция

Под физической терморегуляцией понимают совокупность физиологических процессов, ведущих к изменению уровня теплоотдачи. Различают несколько механизмов отдачи тепла в окружающую среду.

1. Излучение
– отдача тепла в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона. За счёт излучения отдают энергию все предметы, температура которых выше абсолютного нуля. Электромагнитная радиация свободно проходит сквозь вакуум, атмосферный воздух для неё тоже можно считать «прозрачным». Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду излучением, пропорционально площади поверхности излучения (площади поверхности тела, не покрытой одеждой) и градиенту температуры. При температуре окружающей среды 20°с и относительной влажности воздуха 40–60% организм взрослого человека рассеивает путём излучения около 40–50% всего отдаваемого тепла.
2. Теплопроведение (кондукция)
– способ отдачи тепла при непосредственном соприкосновении тела с другими физическими объектами. Количество тепла, отдаваемого в окружающую среду этим способом, пропорционально разнице средних температур контактирующих тел, площади соприкасающихся поверхностей, времени теплового контакта и теплопроводности.
3. Конвекция
– теплоотдача, осуществляемая путём переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Воздух, соприкасающийся с кожей, нагревается и поднимается, его место занимает «холодная» порция воздуха и т. д. В условиях температурного комфорта этим способом тело теряет до 15% всего отдаваемого тепла.
4. Испарение – отдача тепловой энергии в окружающую среду за счёт испарения пота или влаги с поверхности кожи и слизистых дыхательных путей. За счёт испарения организм в условиях комфортной температуры отдаёт около 20% всего рассеиваемого тепла. Испарение делится на 2 вида.

Неощущаемая перспирация – испарение воды со слизистых дыхательных путей (через дыхание) и воды, просачивающейся через эпителий кожного покрова (Испарение с поверхности кожи. Оно идёт даже в случае, если кожа сухая.).

За сутки через дыхательные пути испаряется до 400 мл воды, т.е. организм теряет до 232 ккал в сутки. При необходимости эта величина может быть увеличена за счёт тепловой одышки.

Через эпидермис в среднем за сутки просачивается около 240 мл воды. Следовательно, этим путём организм теряет до 139 ккал в сутки. Эта величина, как правило, не зависит от процессов регуляции и различных факторов среды.

Ощущаемая перспирация – отдача тепла путём испарения пота . В среднем за сутки при комфортной температуре среды выделяется 400–500 мл пота, следовательно, отдаётся до 300 ккал энергии. Однако при необходимости объём потоотделения может увеличиться до 12　л в сутки, т.е. путём потоотделения можно потерять до 7000 ккал в сутки.

Эффективность испарения во многом зависит от среды: чем выше температура и ниже влажность, тем выше эффективность потоотделения как механизма отдачи тепла. При 100% влажности испарение невозможно.

Управление терморегуляцией

Гипоталамус

Система терморегуляции состоит из ряда элементов с взаимосвязанными функциями. Информация о температуре поступает от терморецепторов и при помощи нервной системы попадает в мозг.

Основную роль в терморегуляции играет гипоталамус. Разрушение его центров или нарушение нервных связей ведёт к утрате способности регулировать температуру тела. В переднем гипоталамусе расположены нейроны, управляющие процессами теплоотдачи. При разрушении нейронов переднего гипоталамуса организм плохо переносит высокие температуры, но физиологическая активность вусловиях холода сохраняется. Нейроны заднего гипоталамуса управляют процессами теплопродукции. При их повреждении нарушается способность к усилению энергообмена, поэтому организм плохо переносит холод.

Эндокринная система

Гипоталамус управляет процессами теплопродукции и теплоотдачи, посылая нервные импульсы к железам внутренней секреции, главным образом щитовидной и надпочечникам.

Участие щитовидной железы в терморегуляции обусловлено тем, что влияние пониженной температуры приводит к усиленному выделению её гормонов, ускоряющих обмен веществ и, следовательно, теплообразование.

Роль надпочечников связана с выделением ими в кровь катехоламинов, которые, усиливая или уменьшая окислительные процессы в тканях (например, мышечной), увеличивают или уменьшают теплопродукцию и сужают или увеличивают кожные сосуды, меняя уровень теплоотдачи.