Запитання 1. Що таке терморегуляція?

Терморегуляція – сукупність фізіологічних процесів у людини і теплокровних тварин, вкладених у підтримку постійної температури тіла.

Запитання 2. Чому терморегуляція необхідна організму?

Терморегуляція має важливе значення. При зниженні температури тіла відбувається посилення теплоутворення (у разі відхилення від оптимальної температури). При охолодженні у людини, завдяки дії на холодові рецептори, з'являється тремтіння, яке є безладним мимовільним скороченням'язів. Завдяки тремтенню підвищуються енергетичні витрати, що спричиняє підвищення теплоутворення і відповідно температури тіла.

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

Запитання 3. Які механізми терморегуляції?

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

Запитання 4. Яка температура тіла людини?

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

Питання 5. Як змінюється просвіт кровоносних судин за зміни температури повітря?

Коли температура довкілля стає високою, кровоносні судини шкіри розширюються, крізь них протікає більше крові, шкіра нагрівається, віддача тепла у довкілля збільшується. Якщо температура навколишнього повітря падає, організм прагне зберегти тепло. Просвіти кровоносних судин звужуються, віддача тепла зменшується.

Питання 6. Яку роль грає шкіра у процесі терморегуляції?

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

Запитання 7. Що таке піт?

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

Питання 8. Як здійснюється потовиділення?

Потовиділення - Виділення на шкірну поверхню рідкого секрету (поту) потовими залозами. У людини потовиділення здійснюється гол. обр. еккринними залозами, що знаходяться майже на всій шкірній поверхні, тоді як секреція апокринних потових залоз редукована.

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

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

Питання 9. Що впливає інтенсивність потовиділення?

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

ПОДУМАЙТЕ

Чому температура тіла людини не підвищується навіть у дуже спекотну погоду?

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

Теплота здатна переходити тільки з більш високої температури в область нижчої. Тому потік теплової енергії від живого організму в довкілля не припиняється до тих пір, поки температура тіла вище, ніж температура середовища.

Температура тіла визначається співвідношенням швидкості метаболічної теплопродукції клітинних структур і швидкості розсіювання теплової енергії, що утворюється, в навколишнє середовище. Отже, теплообмін між організмом та середовищем є невід'ємною умовою існування теплокровних організмів. Порушення співвідношення цих процесів призводить до зміни температури тіла.

Можливість перебігу процесів життєдіяльності обмежена вузьким діапазоном температури внутрішнього середовища, у якому можуть відбуватися основні ферментативні реакції. Для людини зниження температури тіла нижче 25 ° С і її збільшення вище 43 ° С, як правило, смертельно. Особливо чутливі до змін температури нервові клітини.

З точки зору терморегуляції, тіло людини можна уявити, що складається з двох компонентів: зовнішньої оболонки, і внутрішнього, ядра. Ядро – це частина тіла, яка має постійну температуру, а оболонка – частина тіла, де є температурний градієнт. Через оболонку йде теплообмін між ядром та навколишнім середовищем.

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

Терморегуляцію можна розділити на два основні види:

Хімічну та фізичну терморегуляцію. Вони, у свою чергу, також поділяються на кілька видів:

1. Хімічна терморегуляція

   Скоротливий термогенез
   - Нескорочувальний термогенез

2. Фізична терморегуляція

Випромінювання
-Теплопроведення (кондукція)
-Конвекція
-Випаровування

Розглянемо ці види терморегуляції докладніше.

Хімічна терморегуляція

Хімічна терморегуляція теплоутворення – здійснюється рахунок зміни рівня обміну речовин, що призводить до зміни утворення тепла в організмі. Джерелом тепла в організмі є екзотермічні реакції окиснення білків, жирів, вуглеводів, а також гідроліз АТФ.

При розщепленні поживних речовин частина звільненої енергії акумулюється в АТФ, частина розсіюється як тепла (первинна теплота – 65–70% енергії). При використанні макроергічних зв'язків молекул АТФ частина енергії йде на виконання корисної роботи, а частина розсіюється (вторинна теплота). Таким чином, два потоки теплоти – первинної та вторинної – є теплопродукцією.

При необхідності підвищити теплопродукцію, окрім можливості отримання тепла ззовні, в організмі використовуються механізми, що збільшують виробництво теплової енергії.

До таких механізмів відносяться скорочувальний та нескорочувальний термогенез.

Цей вид терморегуляції працює, якщо нам холодно і необхідно підняти температуру тіла. Полягає цей метод скорочення м'язів.

При скороченні м'язів зростає гідроліз АТФ, тому зростає потік вторинної теплоти, що йде зігрівання тіла.

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

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

При більш значному переохолодженні терморегуляційний тонус перетворюється на м'язове холодове тремтіння. Холодове тремтіння є мимовільною ритмічною активністю поверхнево розташованих м'язів, в результаті якої теплопродукція підвищується. Вважається, що теплопродукція при холодовому тремтіння в 2,5 разів вище, ніж при довільній м'язовій діяльності.

Описаний механізм працює на рефлекторному рівні, без нашої свідомості. Але підняти температуру тіла можна за допомогою свідомої рухової активності.

При виконанні фізичного навантаження різної потужності теплопродукція зростає у 5–15 разів у порівнянні з рівнем спокою. Температура ядра протягом перших 15-30 хвилин тривалої роботи досить швидко підвищується відносно стаціонарного рівня, а потім зберігається на цьому рівні або продовжує повільно підвищуватися.

Нескоротливий термогенез

Цей вид терморегуляції може призводити як до підвищення, так і до зниження температури тіла.

Він здійснюється шляхом прискорення чи уповільнення катаболічних процесів обміну речовин. А це, у свою чергу, призводитиме до зниження або збільшення теплопродукції. За рахунок цього виду термогенезу теплопродукція може зрости втричі.

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

Фізична терморегуляція

Під фізичною терморегуляцією розуміють сукупність фізіологічних процесів, які ведуть зміну рівня тепловіддачі. Розрізняють кілька механізмів віддачі тепла у довкілля.

1. Випромінювання
– віддача тепла як електромагнітних хвиль інфрачервоного діапазону. За рахунок випромінювання віддають енергію всі предмети, температура яких вища за абсолютний нуль. Електромагнітна радіація вільно проходить крізь вакуум, атмосферне повітря для неї теж можна вважати прозорим. Кількість тепла, що розсіюється організмом у навколишнє середовище випромінюванням, пропорційно площі поверхні випромінювання (площі поверхні тіла, не вкритої одягом) та градієнту температури. При температурі навколишнього середовища 20 ° С і відносної вологості повітря 40-60% організм дорослої людини розсіює шляхом випромінювання близько 40-50% всього тепла, що віддається.
2. Теплопроведення (кондукція)
- Спосіб віддачі тепла при безпосередньому зіткненні тіла з іншими фізичними об'єктами. Кількість тепла, що віддається в довкілля цим способом, пропорційно різниці середніх температур контактуючих тіл, площі поверхонь, що стикаються, часу теплового контакту і теплопровідності.
3. Конвекція
– тепловіддача, що здійснюється шляхом перенесення тепла частинками повітря (води), що рухаються. Повітря, що стикається зі шкірою, нагрівається і піднімається, його місце займає холодна порція повітря і т. д. В умовах температурного комфорту цим способом тіло втрачає до 15% всього тепла, що віддається.
4. Випаровування- віддача теплової енергії в довкілля за рахунок випаровування поту чи вологи з поверхні шкіри та слизових дихальних шляхів. За рахунок випаровування організм в умовах комфортної температури віддає близько 20% всього тепла, що розсіюється. Випаровування ділиться на 2 види.

Невідчутна перспірація- Випаровування води зі слизових дихальних шляхів (через дихання)і води, що просочується через епітелій шкірного покриву ( Випаровування з поверхні шкіри.Воно йде навіть у випадку, якщо шкіра суха.).

За добу через дихальні шляхи випаровується до 400 мл води, тобто. організм втрачає до 232 ккал на добу. За необхідності ця величина може бути збільшена рахунок теплової задишки.

Через епідерміс у середньому за добу проникає близько 240 мл води. Отже, цим шляхом організм втрачає до 139 ккал на добу. Ця величина, як правило, не залежить від процесів регуляції та різних факторів середовища.

Перспірація, що відчувається– віддача тепла шляхом випаровування поту. У середньому за добу при комфортній температурі середовища виділяється 400-500 мл поту, отже віддається до 300 ккал енергії. Проте за необхідності обсяг потовиділення може збільшитися до 12 л на добу, тобто. шляхом потовиділення можна втратити до 7000 ккал на добу.

Ефективність випаровування багато в чому залежить від середовища: що вища температура і нижча вологість, то вища ефективність потовиділення як механізму віддачі тепла. При 100% вологості випаровування неможливе.

Управління терморегуляцією

Гіпоталамус

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

Основну роль терморегуляції грає гіпоталамус. Руйнування його центрів чи порушення нервових зв'язків веде до втрати здатності регулювати температуру тіла. У передньому гіпоталамусі розташовані нейрони, що керують процесами тепловіддачі. При руйнуванні нейронів переднього гіпоталамуса організм погано переносить високі температури, але фізіологічна активність в умовах холоду зберігається. Нейрони заднього гіпоталамуса керують процесами теплопродукції. У разі їх пошкодження порушується здатність до посилення енергообміну, тому організм погано переносить холод.

Ендокринна система

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

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

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

Фізична терморегуляціяздійснюється шляхом зміни інтенсивності віддачі тепла тілом.

Для підтримки сталості температури тіла при підвищенні температури довкілля особливо важлива роль належить фізичної терморегуляції. Якщо температура навколишнього середовища і наближається або стає рівною температурі тіла, обмін речовин знижується, але це не може захистити організм від перегрівання, так як в організмі все ж таки відбувається значне теплоутворення. У таких випадках основне значення збереження ізотермії має фізична терморегуляція, здійснювана шляхом посилення тепловіддачі. Тепло, що утворюється в організмі, виділяється переважно шляхом тепловипромінювання (радіаційна тепловіддача) і теплопроведення (конвекційна тепловіддача). тобто шляхом його безпосередньої віддачі шкірою повітрю і тим предметам, з якими шкіра стикається. Теплопроведення та тепловипромінювання разом у стані спокою становлять близько 70% усієї тепловіддачі дорослої людини (тепловипромінювання – 55%, теплопроведення – близько 15%).

За звичайних умов відсутність активної роботи близько 27% тепла віддається тілом шляхом випаровування води з поверхні шкіри та легень. Якщо врахувати, що потові залози виділяють на добу близько 500 мл, а легені близько 350 мл води і що випаровування 1 мл води вимагає 0,58 ккал, то на випаровування води тілом витрачається близько 500 ккал. 3% тепла, що віддається тілом, йдуть на нагрівання видихуваного повітря і виділеного калу і сечі.

Одяг служить людині засобом зменшення тепловіддачі. При цьому втрата тепла перешкоджає той шар нерухомого повітря, що знаходиться між одягом і шкірою, оскільки повітря - поганий провідник тепла. Температура повітря під одягом досягає 30 °. Навпаки, оголене тіло втрачає тепло, тому що повітря на його поверхні постійно змінюється. Тому температура шкіри на оголених частинах тіла є значно нижчою, ніж на одягнених.

Значною мірою перешкоджає тепловіддачі шар підшкірної жирової клітковини у зв'язку з малою теплопровідністю жиру.

Тепловипромінювання і теплопроведення можна розглядати разом, оскільки вони завжди змінюються паралельно і залежать від одного й того самого фактора: різниці температур шкіри та навколишнього середовища. Температура шкіри, отже, і інтенсивність тепловипромінювання і теплопроведення може змінюватися, по-перше, при перерозподілі крові в судинах, по-друге, при зміні кількості циркулюючої крові.

Перерозподіл крові та різних судинних областях відбувається наступним чином: на холоді кровоносні судини шкіри, головним чином арторіоли, звужуються, і більша кількість крові надходить до судин органів черевної порожнини. Поверхневі шари шкіри, отримуючи меншу теплу кров, випромінюють менше тепла і менше нагрівають навколишнє середовище - тепловіддача зменшується. При сильному охолодженні кінцівок відбувається, крім того, відкриття артеріо-венозних анастомозів, що зменшує кількість крові, що надходить до капілярів шкіри і тим самим перешкоджає тепловіддачі.

При високій температурі навколишнього середовища судини шкіри розширюються, тепла кров приливає до шкіри, температура її підвищується, тому підвищується випромінювання і проведення тепла.

Збільшення кількості циркулюючої крові при високій температурі навколишнього середовища досягається шляхом переходу води з тканин в кров, а також тим, що селезінка та інші кров'яні депо викидають до загальної циркуляції додаткові кількості крові. На холоді внаслідок протилежних процесів кількість циркулюючої крові значно зменшується. При збільшенні кількості крові, що циркулює, збільшується, звичайно, і кількість крові, що проходить через шкіру, що підвищує віддачу шкірою тепла в навколишнє середовище.

Для збереження сталості температури тіла людини за високої температури навколишнього середовища дуже велике значення має випаровування з поверхні шкіри. Таким шляхом організм віддає за високої температури дуже велику кількість тепла.

Значення потовиділення підтримки постійності температури добре видно з наступного підрахунку: в тропіках температура навколишнього повітря нерідко сягає 37°, т. е. дорівнює температурі тіла ка. Це означає, що організм людини, яка живе в цих умовах, не може віддавати тепло, що утворюється в ньому, шляхом тепловипромінювання і теплопроведення. Єдиним шляхом для віддачі тепла є випаровування води. Вважаючи середнє теплоутворення на добу рівним 2400 ккал і знаючи, що на випаровування 1 г води з поверхні тіла витрачається ккал, отримуємо, що для утримання температури тіла людини на постійному рівні за цих умов необхідне випаровування 4,5 л води Особливо інтенсивне потовиділення відбувається при високій навколишній температурі в умовах м'язової роботи, коли зростає теплоутворення в самому організмі. При дуже важкій роботі виділення поту до робочих гарячих цехів може становити до 12 л на добу.

Випаровування води залежить від відносної вологості повітря і в насиченому водяними парами повітрі відбуватися не може. Тому висока температура при високій вологості атмосфери переноситься важче, ніж за низької вологості. У насиченому водяними парами повітрі, наприклад у лазні, піт виділяється у великій кількості, але не випаровується та стікає зі шкіри. Таке потовиділення не сприяє віддачі тепла; тільки та частина поту, яка випаровується із поверхні шкіри, має значення для тепловіддачі (ця частина поту становить «ефективне потовиділення»).

Погано переноситься також непроникний для повітря одяг (шкіряний, гумовий), що перешкоджає випаровування поту: шар повітря між одягом і тілом швидко насичується парами і подальше випаровування поту припиняється.

Значення випаровування поту з поверхні тіла підтримки постійності температури тіла видно з те, що людина погано переносить навіть порівняно низьку температуру довкілля (32°), якщо повітря влажен. У зовсім сухому повітрі людина може перебувати без помітного перегрівання протягом 2-3 годин за нормальної температури 50-55°.

Деяка частина води випаровується легкими у вигляді пари, що насичують повітря, що видихається. Тому дихання також бере участь у утриманні температури тіла постійному рівні. На холоді дихальний центр рефлекторно пригнічується, дихання стає рідше, навпаки при високій температурі навколишнього дихальний центр збуджується.

З усього викладеного випливає, що регуляція температури тіла здійснюється шляхом спільної дії, з одного боку, механізмів. що регулюють інтенсивність обміну речовин і залежить від нього теплоутворення (хімічна регуляція тепла), а з іншого боку, механізмів, що регулюють кровопостачання шкіри, потовиділення та дихання (фізичне регулювання тепла).

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

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

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

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

Б. Ядро та зовнішня оболонка тіла.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Г. Поняття терморегуляції організму.

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

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

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

Шкірні терморецептори.

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

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

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

Д. Види терморегуляції.

Терморегуляцію можна розділити на два основні види:

1. Фізична терморегуляція:

Випаровування (потовиділення);

Випромінювання (радіація);

Конвекція.

2. Хімічна терморегуляція.

Скорочувальний термогенез;

Нескоротливий термогенез.

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

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

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

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

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

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

Розглянемо ці види терморегуляції.

Фізична терморегуляція:

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

Випаровування (потовиділення);

Випромінювання (радіація);

Теплопроведення (кондукція);

Конвекція.

Розглянемо їх докладніше:

1. Випаровування (потовиділення):

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

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

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

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

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

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

Випаровування ділиться на 2 види:

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

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

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

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

2. Випромінювання (радіація):

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

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

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

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

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

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

3. Теплопроведення (кондукція):

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

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

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

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

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

4. Конвекція:

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

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

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

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

Хімічна терморегуляція:

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

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

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

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

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

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

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

1. Короткий термогенез.

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

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

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

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

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

2. Нескоротний термогенез:

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

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

Е. Управління терморегуляцією.

Гіпоталамус.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ендокринна система.

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

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

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

Вступ

1. Гіпоталамус – ваш термостат

1.1 Проведення та конвекція

1.2 Радіація

1.3 Випаровування

2.1 Потові залози

2.2 Гладкий м'яз, що оточує артеріоли

2.3 Скелетний м'яз

2.4 Заліза внутрішньої секреції

3. Адаптація та терморегуляція

3.1 Адаптація до впливу низької температури

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

3.1.2 Метаболічні реакції

3.2 Адаптація до дії високої температури

3.3 Оцінка теплових подразнень

4. Механізми терморегуляції

Механізми, що регулюють температуру тіла, аналогічні термостату, який регулює температуру повітря навколишнього середовища, хоча у них більш складний характер функціонування і більш висока точність. Чутливі нервові закінчення – терморецептори, – виявляють зміни температури тіла та передають цю інформацію в термостат організму – гіпоталамус. У відповідь зміна імпульсації рецепторів гіпотоламус активує механізми, регулюючі зігрівання чи охолодження тіла. Подібно до термостату гіпотоламус має вихідний температурний рівень, який він намагається зберегти. Це – нормальна температура тіла. Найменше відхилення від цього рівня призводить до надходження сигналу до терморегуляторного центру, що знаходиться в гіпотоламусі, про необхідність корекції (рис. 1).

Зміну температури тіла сприймають два типи терморецепторів – центральні та периферичні. Центральні рецептори знаходяться в гіпотоламусі та контролюють температуру крові, що омиває мозок. Вони дуже чутливі до найменших (від 0,01 ° С) змін температури крові. Зміна температури крові, що проходить через гіпотоламус, приводить у дію рефлекси, які залежно від потреби або зберігають або віддають тепло.

Периферичні рецептори, локалізовані на всій поверхні шкіри, здійснюють контроль за навколишньою температурою. Вони направляють інформацію до гіпотоламусу, а також до кори головного мозку, забезпечуючи свідоме сприйняття температури таким чином, що ви можете довільно контролювати перебування в умовах зниженої або підвищеної температури.

Щоб тіло віддало тепло навколишньому середовищу, тепло, яке він утворить, має «мати доступ» до зовнішнього середовища. Тепло з глибини тіла (ядра) переміщається кров'ю до шкіри, звідки може перейти в довкілля завдяки одному з наступних чотирьох механізмів: проведення, конвекції, радіації та випаровування. (Рис. 2)

1.1 Проведення та конвекція

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

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

1.2 Радіація

У стані спокою радіація – основний процес передачі тіла надлишкової кількості тепла. За нормальної кімнатної температури тіло оголеної людини передає близько 60% «зайвого» тепла за допомогою радіації. Тепло передається у формі інфрачервоних променів.

1.3 Випаровування

Випаровування – основний процес розсіювання тепла під час виконання фізичних вправ. При м'язової діяльності рахунок випаровування організм втрачає близько 80% тепла, тоді як у стані спокою – трохи більше 20%. Деяке випаровування відбувається непомітно для нас, проте оскільки рідина випаровується, втрачається і тепло. Це так звані тепловтрати, що не відчуваються. Вони становлять близько 10%. Слід зазначити, що тепловтрати, що не відчуваються, відносно постійні. З підвищенням температури тіла посилюється процес потіння. Коли піт досягає поверхні шкіри, то під дією тепла шкіри він переходить із рідкого стану в газоподібний. Отже, у разі підвищення температури тіла значно зростає роль потоиспарения.

Віддача тепла тілом у зовнішню шкоду здійснюється проведенням, конвекцією, радіацією та випаровуванням. При виконанні фізичного навантаження головним механізмом, що здійснює тепловіддачу, є випаровування, якщо температура навколишнього середовища наближається до температури тіла.

2. Ефектори, що змінюють температуру тіла

При коливаннях температури тіла відновлення нормальної температури тіла здійснюють, як правило, наступні чотири фактори:

1) потові залози;

2) гладкий м'яз, що оточує артеріоли;

3) скелетні м'язи;

4) ряд залоз внутрішньої секреції.

При підвищенні температури шкіри або крові гіпоталамус посилає потові залози імпульси про необхідність активного виділення поту, що зволожує шкіру. Що температура тіла, то більше вписувалося поту. Його випаровування забирає тепло із поверхні шкіри.

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

Скелетний м'яз входить у дію, коли виникає потреба у освіті більшої кількості тепла. В умовах низької температури повітря терморецептори шкіри посилають сигнали гіпоталамус. Так само при зниженні температури крові зміну фіксують центральні рецептори гіпоталамуса. У відповідь на отриману інформацію гіпоталамус активує мозкові центри, що регулюють тонус м'язів. Ці центри стимулюють процес тремтіння, який є швидким циклом мимовільних скорочень і розслаблень скелетних м'язів. Внаслідок такої підвищеної м'язової активності утворюється більше тепла для збереження або підвищення температури тіла.

Клітини тіла підвищують інтенсивність свого метаболізму під впливом низки гормонів. Це впливає на тепловий баланс, оскільки посилення метаболізму спричиняє збільшення освіти енергії. Охолодження тіла стимулює виділення тироксину із щитовидної залози. Тироксин може збільшувати інтенсивність метаболізму в організмі більш ніж на 100%. Крім того, адреналін та норадреналін посилюють активність симпатичної нервової системи. Отже, вони безпосередньо впливають інтенсивність метаболізму практично всіх клітин організму. Що відбувається з людським організмом, коли змінюються температурні параметри? І тут він виробляє специфічні реакції пристосування щодо кожного чинника, тобто адаптується. Адаптація – це процес пристосування умов середовища. Як відбувається адаптація до змін температури?