Терморегуляція – це механізм, який дозволяє живим організмам підтримувати сталість внутрішнього середовища. Більшість процесів у тілі людини залежать від температури: обмін речовин, синтез білків і гормонів, травлення. Крім того, перегрів чи переохолодження можуть призвести до серйозних захворювань і навіть смерті.

Діапазон температур

Для нормальної життєдіяльності людини вкрай важливою є терморегуляція. здорових людей знаходиться у вузькому діапазоні від 36.0 до 37.0 за Цельсієм. Різке зниження або збільшення даних значень зазвичай призводить до смерті.

На спеку людина інтенсивно потіє. Втрата рідини в такий спосіб призводить до зневоднення, іноді досить серйозного. Разом з згодом організм залишають вітаміни та мінеральні речовини. Через дегідратацію кров стає густішою, порушується обмін речовин. Нормальна втрата води під час потовиділення – до трьох відсотків від загальної маси тіла. Якщо це значення перевалило за шестивідсотковий бар'єр, страждають на когнітивні функції. Для смертельного результату достатньо двадцяти відсотків. Крім того, є ще одна небезпека. Під час тривалого перебування на сонці організм накопичує більше тепла, ніж віддає у навколишнє середовище, і за законом термодинамічної рівноваги поступово тіло людини нагрівається до температури повітря, тобто до 39-41 градусів Цельсія. Це спричиняє тепловий удар і втрату свідомості. Серцево-судинна система теж працює на знос: пульс частішає, тиск підвищується, кров важко проходить по судинах.

Переохолодження не менш небезпечне для людини. На холоді судини організму звужуються, що спричиняє ішемію тканин. І якщо вплив холодної температури тривалий, то можливе відмирання ділянок шкіри чи м'язів. впливають і обмін речовин, який відбувається у кілька разів швидше, оскільки організму потрібна енергія для обігріву.

Ядро та оболонка

Умовно все тіло людини можна поділити на два рівні: ядро ​​та оболонка. Ядро (переважно це внутрішні органи) має постійну температуру близько тридцяти семи градусів. Це досягається балансом між теплопродукцією та тепловіддачею. Оболонка є бар'єр між навколишнім середовищем і ядром товщиною 2,5 см. Терморегуляція - це здатність оболонки підтримувати постійну температуру ядра.

Шкіра здорової людини на різних ділянках може нагріватись від 24 до 36,6 градусів. Найхолодніші - кінчики пальців, а найтепліше місце - пахва. Коливання температури тіла протягом доби досягають одного градуса: найнижча - рано-вранці, а висока - о шостій вечора.

Теплоутворення та тепловіддача

Що таке терморегуляція та як вона підтримується в організмі людини? На це питання відповісти не так легко, як здається на перший погляд. У нашому тілі безперервно утворюється тепло, яке здебільшого витрачається на обігрів довкілля. Цей процес називається теплообміном. Регулюється він з допомогою нервової системи, від його залежать обмін речовин, діяльність серця, скорочення м'язів тощо.

У нормі теплопродукція дорівнює тепловіддачі, тобто спостерігається ізотермія. Причини терморегуляції прості – це допомагає зберегти недоторканну температуру ядра та забезпечити певну незалежність організму від зовнішніх умов. За годину в людині утворює достатньо тепла, щоб закип'ятити літр води. І якби не тепловіддача, то вже через три доби після народження всі ми буквально зварилися б зсередини. Тому процеси, які допомагають людям позбутися зайвого тепла, дуже важливі.

Загартовування

Терморегуляція і загартовування йдуть пліч-о-пліч. Організм пристосовується до впливу дедалі нижчих чи високих температур, формуються нові механізми збереження постійної температури ядра.

У домашніх умовах відомо кілька найпоширеніших способів загартовування. Наприклад, обтирання холодною водою. Вперше вода має бути 30 градусів, потім 28, 26 і так, доки не дійде до 15 градусів Цельсія. Коли організм звикне до холоду, можна з обтирання переходити на обливання чи душ. Ефективними визнали також повітряні та сонячні ванни. Спочатку тривалість сеансів не повинна перевищувати 15 хвилин, але з часом можна довести час до 60. Однак варто пам'ятати, що тривала інсоляція може призвести до проблем зі шкірою та онкологічними захворюваннями.

Терморецептори

Шкіра у терморегуляції організму відіграє ключову роль. Як найбільший орган людського організму, вона виконує безліч функцій, у тому числі містить терморецептори (холодові та теплові). Відомо, що холодових приблизно в десять разів більше, тому ми набагато чутливіші до низьких температур. Найбільше скупчення рецепторів знаходиться на обличчі, шиї, а найменше – у кінчиках пальців. Проте чутливість мають зворотну пропорцію щодо кількості. Незважаючи на те, що теплових рецепторів більше вони майже вдвічі чутливіші, ніж холодові.

Види терморегуляції

Терморегуляція це цілий конгломерат процесів, спрямованих на підтримку постійної температури тіла за допомогою теплообміну. Механізм роботи цієї системи можна описати за допомогою принципу «зворотного зв'язку». Тобто спочатку змінюється температура навколишнього середовища, на це реагують рецептори шкіри та передають сигнал у головний мозок. А вже звідти йде регулювання вироблення тепла та його віддачі.

Всі процеси терморегуляції можна розділити на два види:

Фізичні;

Хімічні.

Фізична терморегуляція, у свою чергу, поділяється на випаровування, випромінювання, теплопроведення та конвекцію. Серед виділяють скорочувальний та нескорочувальний термогенез.

Фізична терморегуляція

Фізична терморегуляція – це сукупність процесів, які забезпечують видалення тепла з організму. Для цього природою передбачено кілька способів:

Кондукція;

Конвекція;

Радіація;

Випаровування.

Крім того, організм може регулювати інтенсивність кровообігу та ступінь розширення судин шкіри, що також впливає на втрату тепла. Ще один механізм віддачі тепла – потовиділення. Воно найбільш ефективне у разі спекотного клімату або штучного підвищення температури навколишнього середовища.

У стані спокою, при комфортній температурі 20 градусів Цельсія, людина шляхом випромінювання втрачає близько шістдесяти відсотків тепла, випаровує всього двадцять, а решта припадає на кондукцію та конвекцію. Всього за годину ми втрачаємо близько ста кілокалорій або чотириста дев'ятнадцять джоулів.

Випаровування та випромінювання

Випаровування - це виділення енергії в навколишній простір за рахунок втрати вологи через шкіру або слизові. Інакше цей процес називається потовиділення. Перебуваючи в комфортній температурі (близько двадцяти градусів Цельсія), людина щогодини втрачає близько 36 грамів рідини. При підвищенні температури або інтенсивній роботі цей показник іноді збільшується до двох літрів на годину.

Конвекція - це динамічний спосіб втрати тепла, який здійснюється частинками води або повітря, що рухаються, наприклад, такі потоки створює вітер або вентилятор. Якщо просто, то тіло, виділяючи тепло, нагріває повітря поряд зі шкірою. Він стає легшим, ніж холодний, і піднімається вище, яке місце займає нова порція. Коли ми опиняємось на вітрі або швидко рухаємося, повітря навколо нас теж переміщується швидше, отже тепло не затримується біля шкіри надовго.

Хімічна терморегуляція

Терморегуляція та обмін речовин – тісно пов'язані поняття. Хімічний спосіб ґрунтується на зміні інтенсивності процесу окислення та вібрації м'язів. Енергію для обігріву організму одержують шляхом гідролізу АТФ (аденозинтрифосфат). Він необхідний перетворення складних сполук на більш прості. Тепло, яке при цьому виділяється, розсіюється в навколишньому просторі. Це нескоротливий термогенез.

Залежно від температури навколишнього середовища, обмін речовин може прискорюватися або сповільнюватися для збереження сталості ядра. Найбільш комфортно людина почувається при 18-20 градусах Цельсія. Але це повітря. Вода ж сильніше проводить тепло, тому й температура має бути вищою. Найбільше тепла виробляють м'язи під час аеробного гліколізу. Тому коли нам холодно, тіло починає тремтіти, щоб збільшити теплопродукцію. Цей стан називається скорочувальний термогенез.

Управління терморегуляцією

Терморегуляція мозку проходить так само, як і решти всього організму, з тією різницею, що саме тут знаходиться центр, який усім процесом і управляє. У гіпоталамусі розташований центр терморегуляції, що координує швидкість обмінних процесів, скорочення м'язів та тонус судин шкіри.

Чутливі нервові клітини цієї ділянки мозку можуть розрізнити коливання до сотих і тисячних часток градуса. Вони аналізують інформацію, що надходить, і за принципом зворотного зв'язку регулюють внутрішню температуру, встановлюючи її в залежності від зовнішніх обставин.

У підпорядкуванні у гіпоталамуса знаходяться щитовидна залоза та надниркові залози. Перша впливає швидкість обміну речовин, а другі - на тонус судин і окислювальні процеси в м'язах. Використовуючи нейромедіатори та коригує стан організму відповідно до обставин.

Людське тіло може зберігати життєздатність у досить невеликому діапазоні внутрішніх температур від +25 до +43 градусів. Здатність їх підтримувати у зазначених межах навіть за значних змін зовнішніх умов називається терморегуляцією. Фізіологічна норма у своїй перебуває у межах від 36,2 до 37 градусів, відхилення від неї вважаються порушенням. Для з'ясування причин таких патологій необхідно знати, як здійснюється терморегуляція в організмі, які фактори впливають на коливання внутрішніх температур, з'ясувати методи їх корекції.

Як здійснюється терморегуляція в організмі людини?

1. Хімічна терморегуляція- Процес виробництва тепла.Воно виробляється всіма органами у тілі, особливо під час проходження крізь них крові. Найбільше енергії продукується в печінці та поперечносмугастих м'язах.
2. Фізична терморегуляція- Процес віддачі тепла.Він здійснюється за допомогою безпосереднього теплообміну по відношенню до повітря чи холодних предметів, інфрачервоного випромінювання, а також випаровування поту з поверхні шкіри та дихання.

Як терморегуляція підтримується в людини?

Контроль внутрішньої температури відбувається з допомогою чутливості спеціальних терморецепторов. Їх більшість розташовується у шкірі, верхніх дихальних шляхах і слизових оболонках ротової порожнини.

При відхиленні зовнішніх умов від норми терморецептори виробляють нервові імпульси, які надходять у спинний мозок, потім у зорові горби, гіпоталамус, гіпофіз і досягають кори головного мозку. Внаслідок цього з'являється фізичне відчуття холоду або спека, а центр терморегуляції стимулює процеси продукування чи віддачі тепла.

Варто зауважити, що в описаному механізмі, зокрема – освіті енергії, також беруть участь деякі гормони. Тироксин інтенсифікує обмін речовин, через що підвищується продукування тепла. діє аналогічно з допомогою посилення окисних процесів. Крім того, він сприяє звуженню кровоносних судин у шкірі, що перешкоджає віддачі тепла.

Причини порушення терморегуляції організму

Незначні зміни у співвідношенні виробництва теплової енергії та її передачі у довкілля відбуваються при фізичних навантаженнях. В даному випадку це не є патологією, оскільки процеси терморегуляції швидко відновлюються у стані спокою під час відпочинку.

Більшу частину порушень складають системні захворювання, що супроводжуються запальними процесами. Однак у подібних ситуаціях навіть сильне підвищення температури тіла некоректно називати патологічним, тому що жар та лихоманка виникають в організмі для придушення розмноження патогенних клітин (вірусів чи бактерій). По суті цей механізм є нормальною захисною реакцією імунітету.

Справжні порушення терморегуляції супроводжують ушкодження органів, відповідальних за її здійснення, гіпоталамуса, гіпофіза, спинного та головного мозку. Це відбувається при механічних травмах, крововиливах, утворенні пухлин. Додатково посилити патологію можуть захворювання ендокринної та серцево-судинної системи, гормональні розлади, фізичне або перегрів.

Лікування порушення нормальної терморегуляції в організмі людини

Відновити коректне перебіг механізмів виробництва та віддачі тепла можна лише після встановлення причин їх змін. Для встановлення діагнозу необхідно відвідати невролога, здати ряд лабораторних аналізів і виконати призначені інструментальні дослідження.

За здатністю підтримувати постійну температуру тіла тварини діляться на пойкілотермних, гомойотермних та гетеротермних.

Пийкілотермніорганізми (від грец. poikilos - мінливий) не здатні підтримувати температуру тіла на постійному рівні, тому що вони виробляють мало тепла та мають недосконалі механізми його збереження.

Гомойотермніорганізми (від грец. homeo - подібний, однаковий), до яких належить і людина, виробляють багато тепла, відрізняються відносною сталістю температури тіла, що незначно змінюється протягом доби.

Гетеротермніорганізми (від грец. heteros - інший) відрізняються тим, що коливання температури їхнього тіла перевищують межі, властиві гомойотермним тваринам. Це характерно для ранніх етапів онтогенезу, зимової сплячки деяких гомойотермних тварин, а також для ссавців та птахів з дуже малими розмірами тіла.

Температурний фактор визначає швидкість перебігу ферментативних процесів, всмоктування, проведення збудження та м'язового скорочення.

Відомо, що у поверхневих та глибоких ділянках тіла людини температура різна. Внутрішні області тіла, що становлять приблизно 50 % його маси, названі «ядром». Сюди відносять мозок, серце, печінку та інші внутрішні органи. Температура "ядра" варіюють незначно, становлячи величину порядку 36,7-37°С. Разом з тим, у різних ділянках «ядра» показники температури можуть кілька.

Для клінічних цілей оцінка температури «ядра» проводиться у певних легко доступних ділянках тіла, температура яких практично не відрізняється від температури внутрішніх органів. Такими доступними ділянками є пряма кишка, порожнина рота, пахва. Відомо, що оральна (під'язикова) температура зазвичай нижче за ректальну на 0,2-0,5 °С, аксиллярна (в області пахвової ямки) нижче на 0,5-0,8 °С. При щільному притисканні руки до грудної клітки межа внутрішнього шару «ядра» майже доходить до пахвової западини, проте для цього має пройти близько 10 хв. Аксиллярна температура здорової людини дорівнює 36,0-36,9 °С.

Температура поверхневого шару тіла товщиною 2,5 см, званого «оболонкою» тіла, варіює у різних областях тіла за різної температури навколишнього середовища. При комфортній температурі навколишнього середовища середня температура шкіри оголеної людини становить 33-34 °С. При цьому температура шкіри стопи значно нижча від температури проксимальних ділянок нижніх кінцівок і ще більшою мірою - тулуба і голови. Температура шкіри в області стопи в комфортних умовах може дорівнювати 24-28 ° С, а при змінах зовнішньої температури - 13-53 ° С, що визначається двома факторами - температурою зовнішнього середовища та кровопостачанням шкіри стопи.

Більшість ссавців температура тіла відповідає діапазону 36-39 °З, попри широкі варіації розмірів тіла в різних тварин. Інтенсивність метаболізму (теплопродукції) визначається як масою тіла, і величиною віддачі тепла з тіла. Відповідно до цього теплопродукція на 1 кг маси повинна бути вищою у тварин з невеликими розмірами тіла і з більшим, ніж у великих тварин, ставленням площі поверхні до величини маси тіла.

Температура тіла визначається співвідношенням двох процесів - теплопродукції та тепловіддачі. Коли вони не відповідають один одному та виникає загроза змін температури тіла, процеси регуляції у складі функціональної системи терморегуляції адаптивно змінюють теплопродукцію (хімічна терморегуляція) та тепловіддачу (фізична терморегуляція). Тим самим забезпечується відносна стабільність температурної константи внутрішнього середовища організму, що було названо Бернаром основою «вільного, незалежного життя». Насправді температура тіла оголеної людини може залишатися стабільною протягом декількох хвилин при змінах температури навколишнього середовища в межах 21-53 °С.

Під хімічною терморегуляцією розуміють зміни інтенсивності метаболічних екзотермічних реакцій, у яких утворюється тепло. При дії на організм людини холоду утворення тепла може збільшитися в 3-5 разів.

Розрізняють скорочувальну та нескоротливу теплопродукцію.

Скорочувальна теплопродукція пов'язана з довільними та мимовільними скороченнями скелетних м'язів.

Довільні скорочення можуть призвести до багаторазового збільшення теплоутворення, при цьому підвищуються і втрати втрати за рахунок посилення віддачі тепла конвекцією.

Одним із видів мимовільної теплопродукції є тремтіння - специфічний тип м'язового скорочення, що виникає у людини при значному зниженні температури зовнішнього середовища організму і підвищує утворення тепла в кілька разів. На відміну від теплоутворення при довільних м'язових скороченнях теплоутворення при тремтіння є економним способом теплопродукції, так як особливий тип скоротливої ​​активності високопорогових рухових одиниць при тремтіння забезпечує перехід в теплову енергію майже всієї енергії м'язового скорочення.

Іншим видом мимовільної теплопродукції є терморегуляторні тонічні скорочення (терморегуляторний тонус), що розвиваються в області м'язів спини, шиї та деяких інших областях. Теплопродукція у своїй зростає приблизно 40-50 %. Терморегуляторні тонічні скорочення скелетних м'язів починаються при зниженні температури довкілля приблизно на 2°С щодо рівня комфорту. Такі скорочення мають характер зубчастого тетанусу, близького до режиму одиночних скорочень. Терморегуляторний тонус є більш тонким засобом підвищення теплопродукції, ніж два попередні.

Нескорочувальний термогенез також є механізмом хімічної терморегуляції, що значно виражений в адаптованому до холоду організмі. Частка такого механізму забезпечення приросту теплопродукції на холоді може становити 50-70 %. Розвивається це явище у різних тканинах. Специфічним субстратом такої теплопродукції вважається бура жирова тканина, після видалення якої стійкість організму до холоду суттєво знижується. Маса бурої жирової тканини, яка зазвичай становить 1-2 % маси тіла, при адаптації до холоду може збільшуватися до 5 % маси тіла. Рівень енергетичного обміну цієї тканини, виражений на одиницю маси, більш ніж утричі перевищує рівень м'язів;

швидкість окислення жирних кислот у бурій жировій тканині в 20 разів перевищує цю швидкість у білій жировій тканині.

Терморегуляторна роль бурої жирової тканини повністю незрозуміла. Припускають, що вона є багатим джерелом вільних жирних кислот - субстрату окисних реакцій, швидкість яких за дії холоду зростає. У найбурішій жировій тканині при дії холоду ростуть кровотік і рівень обміну речовин, збільшується температура, незважаючи на зниження температури шкіри над цією тканиною. Звідси виникла популярна в даний час гіпотеза про калориферну роль бурої жирової тканини: при дії холоду вона обігріває довколишні судини, що направляють кров до головного мозку. У дорослої людини ця тканина локалізована в ділянці шиї, в міжлопатковій ділянці, в середостінні біля аорти, великих вен і симпатичного ланцюжка. У зимову пору року у людей, які працюють поза приміщенням, бура жирова тканина гіпертрофована і активніша, ніж у літню пору.

Тепловіддача здійснюється за допомогою внутрішнього та зовнішнього потоків тепла. Більше половини внутрішнього потоку джерел освіти тепла до поверхні тіла забезпечується шляхом конвекції кров'ю, решта тепло проводиться через інші тканини. При цьому теплопровідність тканини залежить від її товщини та кількості жирової клітковини, а також від рівня кровотоку в цьому шарі.

Роль кровотоку пов'язана з тим, що він може значно варіювати за рахунок змін просвіту судин, зокрема стану артеріоло-венулярних анастомозів.

Кровопостачання поверхневих ділянок тіла відіграє важливу терморегуляторну роль, забезпечуючи зовнішній потік тепла. «Гра» судин шкіри пальців може змінювати кровотік у ній у 100 разів. При повній вазодилатації тепловіддача може збільшитись у 8 разів у порівнянні з рівнем повної вазоконстрикції.

Теплопровідність тканин, крім того, визначається характером використання протиточної системи судин, яка є, наприклад, у кінцівках. Так, в умовах холоду венозна кров відтікає в основному не за поверхневими венами, як це буває в теплі, а за глибокими венами. В результаті венозна кров зігрівається кров'ю паралельно проходять поруч артерій і не охолоджується такою мірою, як це буває при поверхневому потоці крові.

Однак значне зниження кровотоку в поверхневих шарах тіла при дії холоду може призводити до порушення кровопостачання цих тканин та відморожень.

Зовнішній потік тепла забезпечується шляхом його проведення, конвекції, випромінювання та випаровування.

1. Якщо шкіра тепліше оточуючого повітря, відбувається природна конвекція, тобто. переміщення шару повітря вгору, що нагрівається шкірою, і його заміщення холоднішим повітрям. Форсована конвекція, що має місце під час рухів тіла або повітря, значно підвищує інтенсивність тепловіддачі.

2. При зануренні людини у воду, температура якої нижча за нейтральну (для більшості людей ця температура води дорівнює 31-36 °С), може в 2-4 рази підвищитися зовнішній потік тепла за рахунок проведення,оскільки теплопровідність води у 25 разів перевищує теплопровідність повітря. Основним механізмом віддачі тепла тілом людини у воді є, однак, конвекція. За рахунок неї охолодна дія проточної води в 50-100 разів перевищує дію повітря. Якщо температура води близька до нуля («крижана вода»), то тіло людини охолоджується зі швидкістю 6 ° С на годину, а через 1-3 години може настати смерть.

Плавання у воді, температура якої нижча за рівень комфорту, значно підвищує віддачу тепла конвекцією. Збільшення вмісту жиру в організмі може обмежити такий ефект.

3. Тепловіддача випромінюванням забезпечується інфрачервоними променями із довжиною хвилі 5-20 мкм. Ці промені випромінюються шкірою за наявності певній відстані від неї предметів з нижчою температурою. Оголена людина може втрачати в такий спосіб до 60% тепла.

4. Близько 20% тепловіддачі тіла людини в умовах комфортної температури середовища здійснюється за рахунок випаровування. Цей шлях є єдиним способом віддачі тепла у навколишнє середовище, якщо його температура виявляється рівною температурі тіла. Шляхом випаровування 1 л води людина може віддати третину всього тепла, що виробляється за умов спокою протягом доби. Підвищення швидкості потовиділення є одним із основних механізмів адаптації до жаркого клімату.

Існує два варіанти випаровування води з поверхні тіла: 1) випаровування поту в результаті його виділення; 2) випаровування води, що опинилася на поверхні шляхом дифузії, - «невідчутні» втрати води. Останній механізм забезпечує втрати води (до 600 мл на добу) та тепла, наприклад, через слизові оболонки повітроносних шляхів. Значний внесок у забезпечення адаптивних механізмів зміни тепловіддачі робить поведінковий компонент функціональної системи терморегуляції. В умовах холоду поведінкова регуляція може бути дуже ефективною, суттєво обмежуючи контакт організму із зовнішнім середовищем. Одяг людини приблизно вдвічі зменшує втрати тепла в порівнянні з тепловіддачею оголеного тіла, одяг арктичного типу може зменшувати віддачу тепла в 5-6 разів.

Зона температурного комфорту людини залежить від характеру зовнішнього середовища, що визначається її видом, температурою, вологістю (якщо цим середовищем є повітря), швидкістю руху, наявністю предметів з іншою температурою порівняно з температурою тіла. У певних умовах розвивається стан температурного комфорту, у своїй активність механізмів терморегуляції виявляється мінімальною. Зона комфорту (термонейтральна зона) при вологості повітря близько 50 % і рівності температур повітря та стін приміщення для легко одягненої людини, яка перебуває у положенні сидячи, відповідає температурі 25-26 °С. Для оголеної людини температура комфорту цих умовах зміщується до 28 °З.

Регулювання температури тіла.

Периферичні терморецептори, утворені вільними закінченнями тонких сенсорних волокон типу А (дельта) та С, локалізовані у шкірі та внутрішніх органах. Існують і центральні , локалізовані у гіпоталамусі, терморецептори.

Шкірні терморецептори реалізують передачу до центрів терморегуляції сигналів про зміни температури середовища, а також забезпечують формування температурних відчуттів. Число холодових рецепторів шкіри у багато разів перевищує кількість теплових рецепторів. У внутрішніх органах та тканинах також переважають холодові рецептори.

У спинному та середньому мозку, а також у гіпоталамусі (найбільше в його медіальній преоптичній ділянці) знайдено центральні терморецептори, звані також термосенсорами. Це нейрони, які можуть порушуватись при їх безпосередньому охолодженні, нагріванні на 0, 1 про С або більше і в результаті змінювати інтенсивність як теплопродукції, так і тепловіддачі організму в цілому. Наприклад, при нагріванні преоптичної області гіпоталамусу негайно збільшується потовиділення, розширюються судини шкіри, при цьому зменшується теплопродукція. Почастішання розрядів теплових нейронів передує підвищенню частоти дихання, при якому також зростає тепловіддача. Із заднім гіпоталамусом у свою чергу пов'язані термочутливі структури середнього та спинного мозку. Таким чином, центральні апарати функціональної системи терморегуляції мають велику кількість вхідних каналів.

Центр терморегуляції. Провідну роль терморегуляції грають структури гіпоталамуса, що було підтверджено шляхом перерізок мозку. Так, у кішки перерізка ростральніша за гіпоталамус не призводить до суттєвих змін терморегуляції, але після порушення зв'язків гіпоталамуса з середнім мозком тварини практично втрачають здатність змінювати теплопродукцію і тепловіддачу при температурному подразненні.

Передбачається наявність у гіпоталамусі трьох видів терморегуляторних нейронів:

1) аферентних нейронів, які приймають сигнали від периферичних та центральних терморецепторів;

2) вставних або інтернейронів;

3) еферентних нейронів, аксони яких контролюють активність ефекторів системи терморегуляції.

Від периферичних терморецепторів інформація надходить у передній гіпоталамус – його медіальну преоптичну область. Тут відбувається порівняння отриманих із периферії сигналів з активністю центральних термосенсорів, що відображають температурний стан мозку.

На основі інтеграції інформації цих двох джерел задній гіпоталамус забезпечує вироблення сигналів, що керують процесами теплопродукції та тепловіддачі. Саме тут виявлено нейрони, активність яких залежить від локального теплового подразнення як преоптичної області гіпоталамуса, так і нейронів шийно-грудного відділу спинного мозку.

Вищі структури головного мозку, зокрема нова кора, також беруть участь у терморегуляції. Доведено роль умовнорефлекторного механізму в організації випереджаючих вегетативних та поведінкових реакцій, спрямованих на підтримку оптимальної величини температурної константи організму за випередженням. У розвитку індивідуальної стійкості до холоду важливу роль відіграє імпринтинг - рання форма пам'яті.

Еферентні шляхи терморегуляції. Система терморегуляції є класичним прикладом функціональної системи, оскільки немає підкреслено вираженого власного виконавчого (ефекторного) компонента. Регуляція теплопродукції здійснюється соматичною нервовою системою, що запускає скорочувальні терморегуляторні реакції, та симпатичною нервовою системою, що активує нескоротливу теплопродукцію. При фармакологічній блокаді бета-адрено-рецепторів участь тремтливого механізму теплопродукції виключається. Норадреналін, що звільняється симпатичними нервовими закінченнями, стимулює виділення з бурої жирової тканини вільних жирних кислот та подальше включення їх у метаболічні реакції. Виділення катехоламінів із надниркових залоз викликає ті ж ефекти. В результаті посилюється неузгодженість процесів окислення та фосфорилювання, підвищується виділення первинного тепла.

Участь гуморальних механізмів терморегуляції є особливо значною при адаптації до повторних змін температури середовища. Роль щитовидної залози в адаптації до холоду людини точно не з'ясована. У тварин підвищення секреції тироксину розвивається при дії холоду протягом кількох тижнів, причому на 20-40 % збільшується маса залози. Підвищення секреції тироксину призводить до активації клітинного метаболізму. Людина рідко піддається такому охолодженню. Однак у деяких роботах показано, що з солдатів, які несуть службу в арктичних районах тривалий час, і навіть в ескімосів спостерігається підвищення основного обміну. Можливо, стимулююча дія холоду на щитовидну залозу є однією з причин підвищення частоти розвитку у жителів холодних районів токсичного тиреоїдного зобу.

Регуляція тепловіддачі пов'язана з активністю симпатичних норадренергічних нейронів, збудження яких може призводити до зниження просвіту кровоносних судин шкіри, і холінергічних симпатичних нейронів, що збуджують потові залози. Розширення кровоносних судин шкіри в умовах спеки може сприяти виділенню з потових залоз брадикініну. Є дані щодо участі кінінів у формуванні холодової вазодилатації.

При значній психічній напрузі звуження кровоносних судин шкіри кистей та стоп може супроводжуватися виділенням у цих ділянках поту. Таке парадоксальне з погляду терморегуляції явище можна назвати емоційним потовиділенням; воно не є адаптивним та обумовлене надмірною активацією симпатичної нервової системи.

При відхиленні середньої інтегральної температури тіла невелику величину змінюється лише тепловіддача з допомогою судинних реакцій оболонки. Якщо відхилення температури зберігаються, то розвиваються поведінкові пристосувальні реакції, а за високої зовнішньої температури також підвищується потовиділення. При низькій температурі зовнішнього середовища з'являється далі м'язова реакція: спочатку підвищується тонус, а при зниженні внутрішньої температури з'являється тремтіння.

Регульованим параметром у системі виступає температура внутрішнього середовища організму. Для деякого стійкого стану функціональної системи регульована температура - це сумарна температура «ядра» тіла, за якої не включаються ні механізми виділення надлишків тепла, ні механізми, які забезпечують захист організму від холоду

При тенденції зниження температури ядра тіла (температура циркулюючої крові) відбувається активація холодових гіпоталамічних терморецепторів. Крім гіпоталамічних термочутливих нейронів (холодові термосенсори), відбувається активація холодових судинних та органних терморецепторів. Їхня імпульсація викликає додаткову активацію нейронного апарату гіпоталамічного центру хімічної терморегуляції. Внаслідок підвищення активності цього центру посилюється робота периферичних апаратів хімічної терморегуляції – апаратів виробництва тепла в організмі. Нейрофізіологічна активність центру фізичної терморегуляції, і навіть периферичних апаратів тепловіддачі у цій ситуації знижується. Тим самим тенденція, що позначилася, зменшення температури внутрішнього середовища організму блокується.

При підвищенні температури внутрішнього середовища організмурозігруються процеси протилежного плану – активуються гіпоталамічні теплові терморецептори, теплові рецептори судин, внутрішніх органів. При цьому активуються центральні та периферичні механізми фізичної терморегуляції. Процес скидання тепла посилюється, продукція тепла в організмі гальмується.

Аналогічні механізми терморегуляції запускаються за температурних впливів. на шкірні терморецептори,реагують зміну температури довкілля організму. При дії на терморецептори шкіри зниженої температури за рахунок аферентної імпульсації відбувається збудження центру, що контролює виробництво тепла - центру хімічної терморегуляції. Це призводить до активації периферичних механізмів виробництва тепла в організмі, механізми скидання тепла гальмуються. При підвищенні температури навколишнього середовища відбувається збудження теплових рецепторів, робота апаратів скидання тепла посилюється, продукція тепла в організмі гальмується. Наявність шкірних терморецепторів дозволяє функціональній системі тонше організувати процес стабілізації регульованої константи оптимальному рівні.

Гіпертермія- Підвищення температури ядра тіла вище 37 °С. Вона виникає внаслідок тривалої дії високої температури зовнішнього середовища, щодо недостатньої тепловіддачі організму та надмірної теплопродукції.

Незважаючи на те, що протягом коротких періодів часу людина може витримувати температуру тіла на рівні 43 °С, граничною для її виживання протягом більш тривалого періоду часу є температура 42 °С. Проте вже за нормальної температури 40-41 °З розвиваються важкі поразки мозку - набряк тканини мозку, загибель нейронів.

Гіпотермія- Зниження температури ядра тіла до 35 ° С і більше. Вона може бути результатом тривалого перебування організму серед низької температури. На початковій стадії охолодження організму процеси терморегуляції значно активізуються, проте, якщо воно триває, температура тіла починає знижуватися; при досягненні нею 31 ° С відбувається непритомність, а при температурі 24-28 ° С зазвичай настає смерть.

Механізми тепловіддачі організму в умовах холоду та тепла.

Механізми тепловіддачі організму в умовах холоду та тепла: а) перерозподіл крові між судинами внутрішніх органів та судинами поверхні шкіри; б) перерозподіл крові у судинах шкіри.

Фізична терморегуляція виникла більш пізніх етапах еволюції. Її механізми не торкаються процесів клітинного обміну. Механізми фізичної терморегуляції включаються рефлекторно і мають як будь-який рефлекторний механізм три основні компоненти. По-перше, це рецептори, що сприймають зміну температури всередині організму чи навколишнього середовища. Друга ланка – це центр терморегуляції. Третя ланка – ефектори, які змінюють процеси тепловіддачі, зберігаючи температуру тіла на постійному рівні. В організмі, крім потової залози, немає власних ефекторів рефлекторного механізму фізичної терморегуляції.

Значення фізичної терморегуляції

Фізична терморегуляція – це регуляція тепловіддачі. Її механізми забезпечують підтримку температури тіла на постійному рівні як за умов, коли організму загрожує перегрів, і при охолодженні.

Фізична терморегуляція здійснюється за допомогою змін віддачі тепла організмом. Особливо важливого значення вона набуває у підтримці сталості температури тіла під час перебування організму за умов підвищеної температури довкілля.

Тепловіддача здійснюється шляхом тепловипромінювання (радіаційна тепловіддача), конвекції, тобто руху і перемішування повітря, що нагрівається тілом, теплопроведення, тобто. віддачі тепла речовиною, що стикається з поверхнею тіла. Характер віддачі тепла тілом змінюється залежно від інтенсивності обміну речовин.

Втраті тепла перешкоджає той шар нерухомого повітря, що знаходиться між одягом та шкірою, оскільки повітря поганий провідник тепла. Значною мірою перешкоджає тепловіддачі шар підшкірної жирової клітковини у зв'язку з малою теплопровідністю жиру.

Регуляція температури

Температура шкіри, а отже інтенсивність тепловипромінювання та теплопроведення можуть змінюватися в холодних або спекотних умовах зовнішнього середовища внаслідок перерозподілу крові в судинах та зміні об'єму циркулюючої крові.

На холоді кровоносні судини шкіри, переважно артеріоли, звужуються; більша кількість крові надходить у судини черевної порожнини і тим самим обмежується тепловіддача. Поверхневі шари шкіри, отримуючи менше теплої крові, випромінюють менше тепла, тому тепловіддача зменшується. Крім того, при сильному охолодженні шкіри відбувається відкриття артеріовенозних анастомозів, що зменшує кількість крові, що надходить до капілярів, і тим самим перешкоджає тепловіддачі.

Перерозподіл крові, що відбувається на холоді, - зменшення кількості крові, що циркулює через поверхневі судини, та збільшення кількості крові, що проходить через судини внутрішніх органів, - сприяє збереженню тепла у внутрішніх органах, температура яких підтримується на постійному рівні.

При підвищенні температури навколишнього середовища судини шкіри розширюються, кількість крові, що в них циркулює, збільшується. Зростає також обсяг циркулюючої крові у всьому організмі внаслідок переходу води з тканин у судини, а також тому, що селезінка та інші кров'яні депо викидають до загального кровообігу додаткову кількість крові. Збільшення кількості крові, що циркулює через судини поверхні тіла, сприяє тепловіддачі за допомогою радіації та конвекції. Для збереження сталості температури тіла за високих температур навколишнього середовища має значення і потовиділення, що відбувається за рахунок тепловіддачі в процесі випаровування води.

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 в гіпотоламус, а також кору головного мозку, забезпечуючи свідоме сприйняття температури таким чином, що ви можете довільно контролювати перебування в умовах зниженої або підвищеної температури.

Щоб тіло віддало тепло навколишньому середовищу, тепло, яке він утворить, має «мати доступ» до зовнішнього середовища. Тепло з глибини тіла (ядра) переміщається кров'ю до шкіри, звідки може перейти у навколишнє середовище 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 більша 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 чи крові гіпоталамус посилає в потові залози імпульси необхідність активного виділення поту, зволожуючого 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?