Kroppstemperaturen hos människor och högre djur hålls på en relativt konstant nivå, trots fluktuationer i omgivningstemperaturen. Denna konstanta kroppstemperatur kallas isotermer.
Isoterm är karakteristisk endast för den sk homoiotermisk, eller varmblodiga, djur och frånvarande i poikilotermisk, eller kallblodiga, djur vars kroppstemperatur varierar och skiljer sig lite från den omgivande temperaturen.
Isotermi i processen för ontogenes utvecklas gradvis. Hos ett nyfött barn är förmågan att hålla en konstant kroppstemperatur långt ifrån perfekt. Som ett resultat kan kylning uppstå. (hypotermi) eller överhettning (hypertermi) kropp vid omgivningstemperaturer som inte påverkar en vuxen. På samma sätt kan även en liten mängd muskelarbete, såsom långvarig gråt av ett barn, leda till en ökning av kroppstemperaturen. Kroppen hos för tidigt födda barn är ännu mindre i stånd att upprätthålla en konstant kroppstemperatur, som hos dem till stor del beror på omgivningens temperatur.
Värmealstring sker som ett resultat av kontinuerligt förekommande exoterma reaktioner. Dessa reaktioner förekommer i alla organ och vävnader, men med olika intensitet. I vävnader och organ som utför aktivt arbete - i muskelvävnad, lever, njurar - frigörs mer värme än i mindre aktiva - bindväv, ben, brosk.
Värmeförlust från organ och vävnader beror till stor del på deras placering: ytligt placerade organ, såsom hud, skelettmuskler, avger mer värme och kyls starkare än inre organ, som är mer skyddade från kylning.
Kroppstemperaturen för en frisk person är 36,5-36,9 °C. Vila och sömn sänks, och muskelaktivitet höjer kroppstemperaturen. Den maximala temperaturen observeras vid 16-18 pm, den lägsta - vid 3-4 am. För arbetare som arbetar långa nattskift kan temperaturfluktuationer vändas.
Konstantiteten av kroppstemperaturen hos en person kan endast bibehållas om värmegenereringen och värmeförlusten för hela organismen är lika. Detta uppnås genom termoregleringens fysiologiska mekanismer. manifesterar sig som ett resultat av interaktionen mellan processerna för värmegenerering och värmeöverföring, reglerad av neuroendokrina mekanismer. Termoreglering brukar delas in i kemisk och fysikalisk.
Kemisk termoreglering utförs genom att ändra nivån på värmealstringen, d.v.s. stärker eller försvagar intensiteten av ämnesomsättningen i kroppens celler, och är viktig för att upprätthålla en konstant kroppstemperatur både under normala förhållanden och när omgivningstemperaturen ändras.
Den mest intensiva värmeutvecklingen i kroppen sker i musklerna. Även om en person ligger orörlig, men hans muskler är spända, ökar intensiteten av oxidativa processer, och samtidigt värmegenerering, med 10%. En liten fysisk aktivitet leder till en ökning av värmeutvecklingen med 50-80% och tungt muskelarbete - med 400-500%.
Vid kalla förhållanden ökar värmeutvecklingen i musklerna, även om personen står stilla. Detta beror på det faktum att avkylningen av kroppsytan, som verkar på receptorer som uppfattar kallirritation, reflexmässigt exciterar kaotiska ofrivilliga muskelsammandragningar, manifesterade i form av darrande (frossa). Samtidigt förbättras kroppens metaboliska processer avsevärt, muskelvävnadens konsumtion av syre och kolhydrater ökar, vilket medför en ökning av värmeutvecklingen. Även godtycklig skakning ökar värmegenereringen med 200 %. Om muskelavslappnande medel införs i kroppen - ämnen som stör överföringen av nervimpulser från nerven till muskeln och därigenom eliminerar reflexmuskelskakningar, även med en ökning av omgivningstemperaturen, sker en minskning av kroppstemperaturen mycket snabbare.
Levern och njurarna spelar också en betydande roll i kemisk termoreglering. Blodtemperaturen i levervenen är högre än blodtemperaturen i leverartären, vilket indikerar intensiv värmeutveckling i detta organ. När kroppen kyls ökar värmeproduktionen i levern.
Frigörandet av energi i kroppen sker på grund av den oxidativa nedbrytningen av proteiner, fetter och kolhydrater; därför alla mekanismer som reglerar oxidativa processer och reglera värmeutvecklingen.
Fysisk termoreglering utförs av förändringar i kroppens utsläpp av värme. Det får särskild betydelse för att upprätthålla en konstant kroppstemperatur under kroppens vistelse i förhållanden med förhöjd omgivningstemperatur.
Värmeöverföring utförs av värmestrålning (strålningsvärmeöverföring), eller konvektion, de där. rörelse och rörelse av uppvärmd luft, Värmeledning, de där. värmeöverföring till ämnen i direkt kontakt med kroppens yta, och vattenavdunstning från ytan av huden och lungorna.
Personen i normala förhållanden värmeförlusten genom ledning är liten, eftersom luft och kläder är dåliga värmeledare. Strålning, avdunstning och konvektion fortgår med olika intensitet beroende på omgivningstemperaturen. Hos en person i vila vid en lufttemperatur på cirka 20 ° C och en total värmeöverföring lika med 419 kJ (100 kcal) per timme, förloras 66 % med hjälp av strålning, 19 % på grund av vattenavdunstning och 15 % av den totala kroppsvärmeförlusten på grund av konvektion. När omgivningstemperaturen stiger till 35 ° C blir värmeöverföring med hjälp av strålning och konvektion omöjlig och kroppstemperaturen hålls på en konstant nivå enbart genom avdunstning av vatten från hudens yta och alveolerna i lungorna.
Kläder minskar värmeöverföringen. Värmeförlust förhindras av lagret av stillastående luft som finns mellan kläder och hud, eftersom luft är en dålig värmeledare. De värmeisolerande egenskaperna hos kläder är ju högre, desto finare är cellstrukturen i dess struktur, som innehåller luft. Detta förklarar de goda värmeisolerande egenskaperna hos ylle- och pälskläder. Lufttemperaturen under kläderna är 30°C. Tvärtom tappar en naken kropp värme, eftersom luften på dess yta hela tiden byts ut. Därför är temperaturen på huden på de nakna delarna av kroppen mycket lägre än den på de klädda.
I kylan blir hudens blodkärl, främst arterioler, smalare: mer blod kommer in i kärlen i bukhålan, och därmed begränsas värmeöverföringen. Ytskikten av huden, som tar emot mindre varmt blod, utstrålar mindre värme - värmeöverföringen minskar. Med en kraftig kylning av huden uppstår dessutom öppningen av arteriovenösa anastomoser, vilket minskar mängden blod som kommer in i kapillärerna och därigenom förhindrar värmeöverföring.
Omfördelningen av blod som sker i kylan - en minskning av mängden blod som cirkulerar genom de ytliga kärlen och en ökning av mängden blod som passerar genom kärlen i de inre organen - bidrar till att bevara värmen i de inre organen .
När omgivningstemperaturen stiger expanderar hudens kärl, mängden blod som cirkulerar i dem ökar. Volymen av cirkulerande blod i hela kroppen ökar också på grund av överföringen av vatten från vävnaderna till kärlen, och även på grund av att mjälten och andra bloddepåer släpper ut ytterligare blod i den allmänna cirkulationen. Att öka mängden blod som cirkulerar genom kroppens ytkärl främjar värmeöverföring genom strålning och konvektion.
För att upprätthålla en konstant mänsklig kroppstemperatur vid en hög omgivningstemperatur är svettavdunstning från hudytan av primär betydelse, vilket beror på luftens relativa fuktighet. I luft som är mättad med vattenånga kan inte vatten avdunsta. Därför är hög temperatur svårare att tolerera vid hög luftfuktighet i atmosfären än vid låg luftfuktighet. I luften mättad med vattenånga (till exempel i ett bad) frigörs svett i stora mängder, men avdunstar inte och rinner från huden. Sådan svettning bidrar inte till frigöring av värme: endast den del av svetten som avdunstar från hudens yta är viktig för värmeöverföringen (denna del av svetten kallas effektiv svett).
Kläder som är ogenomträngliga för luft (gummi, etc.), som förhindrar avdunstning av svett, tolereras dåligt: luftlagret mellan kläder och kroppen mättas snabbt med ånga och ytterligare avdunstning av svett stoppas.
En person tolererar inte en relativt låg omgivningstemperatur (32 ° C) i fuktig luft. I helt torr luft kan en person stanna utan märkbar överhettning i 2-3 timmar vid en temperatur på 50-55 ° C.
Eftersom en del av vattnet förångas av lungorna i form av ångor som mättar utandningsluften, bidrar även andningen till att hålla kroppstemperaturen på en konstant nivå. På hög omgivningstemperatur andningscentrumet är reflexmässigt exciterat, på en låg nivå är det deprimerat, andningen blir mindre djup.
Sålunda bibehålls konstanten av kroppstemperaturen genom den gemensamma verkan, å ena sidan, av de mekanismer som reglerar intensiteten av ämnesomsättningen och den värmealstring som beror på den (kemisk reglering av värme), och å andra sidan, mekanismer som reglerar värmeöverföringen (fysisk reglering av värme) (Fig. 9.10) .
Ris. 9.10.
Isotermisk reglering. Regulatoriska reaktioner som upprätthåller en konstant kroppstemperatur är komplexa reflexhandlingar som uppstår som svar på termisk stimulering av hudreceptorer, hud och subkutana kärl, såväl som själva centrala nervsystemet. Dessa receptorer som uppfattar kyla och värme kallas termoreceptorer. Vid en relativt konstant omgivningstemperatur kommer rytmiska impulser från receptorerna i det centrala nervsystemet, vilket återspeglar deras toniska aktivitet. Frekvensen av dessa impulser är maximal för kalla receptorer i huden och hudkärlen vid en temperatur på 20-30 °C, och för hudvärmereceptorer - vid en temperatur av 38-43 °C. Med en kraftig kylning av huden ökar impulsfrekvensen i kalla receptorer, och med snabb uppvärmning blir den mindre eller stannar. Termiska receptorer reagerar på samma temperaturfall på motsatt sätt. Termiska och kalla receptorer i CNS svarar på förändringar i temperaturen i blodet som strömmar till nervcentra (centrala termoreceptorer). Huvuddelen av värmen produceras av skelettmusklerna och de inre organen, som utgör kärnan, och huden skapar ett skal som syftar till att hålla kvar eller ta bort värme från kroppen (bild 9.11).
Ris. 9.11.
Hypotalamus innehåller huvuddelen värmeregleringscentra, som koordinerar många och komplexa processer som säkerställer bevarandet av kroppstemperaturen på en konstant nivå. Detta bevisas av det faktum att förstörelsen av hypotalamus medför förlust av förmågan att reglera kroppstemperaturen och gör djuret poikilotermiskt, medan borttagandet av hjärnbarken, striatum och visuella kullar påverkar inte märkbart processerna för värmegenerering och värmeöverföring.
I genomförandet av den hypotalamiska regleringen av kroppstemperaturen är de endokrina körtlarna, främst sköldkörteln och binjurarna, involverade.
Sköldkörtelns deltagande i termoreglering bevisas av det faktum att införandet av blodserum från ett annat djur i blodet hos ett djur, som har varit i kylan under lång tid, orsakar en ökning av metabolismen i den första. Denna effekt observeras endast när sköldkörteln bevaras i det andra djuret. Uppenbarligen, under en vistelse i kylande förhållanden, sker en ökad frisättning till blodet av sköldkörtelhormonet, vilket ökar ämnesomsättningen och följaktligen värmebildningen.
Binjurarnas deltagande i termoregleringen beror på frisättningen av adrenalin i blodet, vilket, genom att förbättra oxidativa processer i vävnader, särskilt i muskler, ökar värmeutvecklingen och drar ihop hudkärlen, vilket minskar värmeöverföringen. Därför kan adrenalin orsaka en ökning av kroppstemperaturen ( adrenalinhypertermi).
Hypotermi och hypertermi. Om en person befinner sig i förhållanden med en avsevärt ökad eller sänkt omgivningstemperatur under lång tid, kan mekanismerna för fysisk och kemisk termoreglering av värme, på grund av vilken kroppstemperaturen förblir konstant under normala förhållanden, vara otillräckliga: hypotermi i kroppen uppstår eller överhettning - hypertermi.
Hypotermi - ett tillstånd där kroppstemperaturen sjunker under 35 ° C. Hypotermi uppstår snabbast när den sänks ned i kallt vatten. I detta fall observeras först excitation av det sympatiska nervsystemet, värmeöverföringen begränsas reflexmässigt och värmeproduktionen förbättras. Det senare underlättas av muskelkontraktion - muskelskakningar. Efter ett tag börjar kroppstemperaturen fortfarande sjunka. I det här fallet observeras ett tillstånd som liknar anestesi: försvinnandet av känslighet, försvagningen av reflexreaktioner och minskningen av nervcentras excitabilitet. Intensiteten av ämnesomsättningen minskar kraftigt, andningen saktar ner, hjärtsammandragningar saktar ner, hjärtminutvolymen minskar, blodtrycket minskar (vid en kroppstemperatur på 24-25 ° C kan det vara 15-20% av originalet).
I senaste åren artificiellt skapad hypotermi med kroppskylning till 24-28 ° C används på kirurgiska kliniker som utför hjärt- och centrala nervsystemets operationer. Innebörden av denna händelse är att hypotermi avsevärt minskar hjärnans metabolism och följaktligen behovet av syre i detta organ. Som ett resultat blir en längre blödning av hjärnan möjlig (istället för 3-5 minuter vid normal temperatur till 15-20 minuter vid 25-28 ° C), vilket innebär att patienter under hypotermi lättare tolererar tillfällig avstängning av hjärtaktivitet och andningsstopp.
Kryoterapi används också för vissa andra sjukdomar.
Hypertermi - ett tillstånd där kroppstemperaturen stiger över 37 ° C. Det uppstår vid långvarig exponering för höga omgivningstemperaturer, särskilt när luften är fuktig och därför finns det lite effektiv svett. Hypertermi kan också uppstå under påverkan av vissa endogena faktorer som ökar värmeutvecklingen i kroppen (tyroxin, fettsyror, etc.). Skarp hypertermi, där kroppstemperaturen når 40-41 ° C, åtföljs av ett allvarligt allmäntillstånd i kroppen och kallas värmeslag.
En sådan temperaturförändring bör särskiljas från hypertermi, när de yttre förhållandena inte ändras, men den faktiska termoregleringsprocessen kränks. Ett exempel på en sådan störning är smittsam feber. En av anledningarna till dess förekomst är den höga känsligheten hos hypotalamiska centra för reglering av värmeöverföring till vissa kemiska föreningar, i synnerhet till bakteriella toxiner.
Således är balansen mellan faktorer som är ansvariga för värmeproduktion och värmeöverföring huvudmekanismen för termoreglering.
Frågor och uppgifter
- 1. Vilken roll har proteiner i kroppen? Vad är kärnan i regleringen av proteinmetabolism?
- 2. Vilken roll har kolhydrater i kroppen? Vad är kärnan i regleringen av kolhydratmetabolismen?
- 3. Vilken roll har fetter i kroppen? Vad är kärnan i regleringen av fettomsättningen?
- 4. Vilken betydelse har vitaminer i människors liv?
- 5. Värdet av fysisk och kemisk termoreglering i kroppen. Förklara svaret.
- 6. Under de senaste åren har artificiellt skapad hypotermi med kroppskylning till 24-28 ° C använts i praktiken på kirurgiska kliniker som utför hjärt- och centrala nervsystemoperationer. Vad är meningen med denna händelse?
Termoreglering är förknippad med mekanismerna för reglering av nivån på värmeproduktion (kemisk reglering) och värmeöverföring (fysisk reglering). Balansen mellan värmeproduktion och värmeöverföring kontrolleras av hypotalamus, som integrerar sensoriska, vegetativa, emotionella och motoriska komponenter av adaptivt beteende.
Uppfattningen av temperatur utförs av receptorformationer på kroppens yta (hudreceptorer) och djupa temperaturreceptorer i andningsvägarna, blodkärlen, inre organ och i de intermuskulära nervplexusarna i mag-tarmkanalen. Afferenta nerver skickar impulser från dessa receptorer till det termoregulatoriska centret i hypotalamus. Den aktiverar olika mekanismer som ger antingen värmeproduktion eller värmeöverföring. Återkopplingsmekanismen som involverar nervsystemet och blodflödet förändrar temperaturreceptorernas känslighet (Fig. 15.4, 15.5). Värmekänsliga formationer finns också i olika områden av det centrala nervsystemet - i motorbarken, i hypotalamus, i området av hjärnstammen (nätbildning, medulla oblongata) och ryggmärgen.
I hypotalamus, som ibland kallas "kroppens termostat", finns det inte bara ett centrum som integrerar olika sensoriska impulser förknippade med information om värme
Ris. 15.4.
kroppens balans, men också centrum för reglering av motoriska reaktioner som styr förändringar i temperaturregimen. Efter dysfunktion av hypotalamus går förmågan att reglera kroppstemperaturen förlorad.
Kontrollen av regleringen av värmeöverföring för att förhindra överhettning är associerad med den främre hypotalamus - dess neuroner är känsliga för temperaturen i det strömmande blodet. I händelse av avbrott i detta centers arbete upprätthålls kontroll över kroppstemperaturen i en kall miljö, men i värmen är den frånvarande och kroppstemperaturen stiger avsevärt.
Ett annat termoregulatoriskt centrum beläget i den bakre hypotalamus styr mängden värmeproduktion.
Ris. 15.5. Nervsystemets deltagande i termoregleringen och förhindrar därmed överdriven kylning. Brott mot detta centers arbete minskar förmågan att stärka energi metabolism i en kall miljö, och kroppstemperaturen sjunker.
Överföringen av värme från kroppens inre regioner till extremiteterna som ett resultat av förändringar i blodflödets volym är ett viktigt sätt att reglera värmeöverföringen genom vasomotoriska reaktioner. Lemmarna tål ett mycket bredare temperaturområde än kroppens inre regioner, och bildar utmärkta termiska "ventiler", d.v.s. platser som kan ge mer eller mindre värmeförluster, beroende på inflödet av värme från kroppens inre delar genom blodomloppet.
Termoreglering är förknippad med det sympatiska nervsystemet (se fig. 15.5). Det reglerar vaskulär tonus; som ett resultat förändras blodflödet till huden (se kapitel 4). Expansionen av de subkutana kärlen åtföljs av en avmattning av blodflödet i dem och en ökning av värmeöverföringen (fig. 15.6). I extrem värme ökar blodflödet till huden på extremiteterna dramatiskt, och överskottsvärme avleds. Venernas närhet till hudytan ökar kylningen av blodet, som återgår till kroppens inre områden.
När de kyls, smalnar kärlen, och blodflödet till periferin minskar. Hos människor, när blod passerar genom de stora kärlen i händerna och yoga, sjunker dess temperatur. Det kylda venblodet, som återvänder in i kroppen genom kärlen nära artärerna, fångar en stor
Ris. 15.6. Reaktionen av hudens ytliga kärl till kyla - förträngning (A) och värme - expansion (b)
andelen värme som avges av artärblodet. Ett sådant system kallas motströms värmeväxling. Det främjar återföringen av en stor mängd värme till de inre områdena i kroppen efter att blod har passerat genom armar och ben. Den övergripande effekten av ett sådant system är en minskning av värmeöverföringen. Vid en lufttemperatur nära noll är ett sådant system inte fördelaktigt, eftersom som ett resultat av intensiv värmeväxling mellan arteriellt och venöst blod kan temperaturen på fingrar och tår minska avsevärt, vilket kan orsaka frostskador.
Den huvudsakliga källan till värmeproduktion är förknippad med muskelsammandragningar, som är under frivillig kontroll. En annan typ av ökad värmeproduktion i kroppen kan vara muskelskakningar – en reaktion på kyla. En lätt rörelse av musklerna under frossa ökar effektiviteten i värmeproduktionen. Vid darrning drar flexorerna och extensorerna i extremiteterna och tuggmusklerna ihop sig rytmiskt och samtidigt med stor frekvens. Frekvensen och styrkan av sammandragningen kan variera. Skakningar genereras endast om nämnda muskler inte är involverade i en annan aktivitet. Det kan övervinnas genom frivilligt muskelarbete. Frivilliga rörelser, som att gå, är förknippade med muskelsammandragning som övervinner darrningar. Både darrande och promenader åtföljs av värmebildning. Neuroner i den bakre hypotalamus påverkar frekvensen och styrkan av muskelsammandragningar under darrningar. Detta centrum tar emot impulser från det termoregulatoriska centret i den främre hypotalamus och från muskelreceptorer. Impulser från hjärnan kommer till alla nivåer i ryggmärgen, där uppstår rytmiska signaler som orsakar darrningar i musklerna.
Dessutom genereras termisk energi genom nedbrytning av fetter som lagras i fettvävnad. Det mest effektiva i denna mening är brunt fett, som ligger hos nyfödda mellan skulderbladen och bakom bröstbenet. Inom några dagar efter födseln är värmeproduktionen, som tillhandahålls av bruna fettceller, huvudreaktionen på kyla. Senare hos barn blir denna reaktion darrande. Brunt fett finns i stora mängder hos djur som övervintrar. Nedbrytningen av fett från vit fettvävnad är mindre effektiv. Vitt fett bidrar inte till bildningen, utan till bevarandet av värme.
Värmeväxling
Värme kan bara flyttas från ett område med högre temperatur till ett område med lägre temperatur. Därför upphör inte flödet av termisk energi från en levande organism till miljön så länge som kroppstemperaturen är högre än temperaturen i omgivningen.
Kroppstemperaturen bestäms av förhållandet mellan hastigheten för metabolisk värmeproduktion av cellulära strukturer och hastigheten för spridningen av den genererade termiska energin till miljön. Därför är värmeväxling mellan organismen och miljön en väsentlig förutsättning för existensen av varmblodiga organismer. Brott mot förhållandet mellan dessa processer leder till en förändring i kroppstemperaturen.
Livet kan äga rum inom ett snävt temperaturintervall.
Möjligheten för flödet av vitala processer begränsas av ett smalt temperaturintervall i den inre miljön, där de viktigaste enzymatiska reaktionerna kan inträffa. För en person är en minskning av kroppstemperaturen under 25 ° C och dess ökning över 43 ° C vanligtvis dödlig. Nervceller är särskilt känsliga för temperaturförändringar.
Kroppens kärna och yttre skal
Ur termoregleringssynpunkt kan människokroppen representeras som bestående av två komponenter: det yttre skalet och den inre kärnan. Kärnan är en del av kroppen som har en konstant temperatur, och skalet är den del av kroppen som har en temperaturgradient. Värmeväxlingen mellan kärnan och miljön sker genom skalet.
termoreglering
Termoreglering är en uppsättning fysiologiska processer som syftar till att upprätthålla den relativa konstantheten av kärntemperaturen under förhållanden med förändrad miljötemperatur genom att reglera värmeproduktion och värmeöverföring. Termoreglering syftar till att förhindra kränkningar av kroppens termiska balans eller till dess återställande, om sådana kränkningar redan har inträffat, och utförs på det neuro-humorala sättet.
Typer av termoreglering
Termoreglering kan delas in i två huvudtyper:
Kemisk och fysikalisk termoreglering. De är i sin tur också indelade i flera typer:
- Kemisk termoreglering
kontraktil termogenes
- icke-frysande termogenes - Fysisk termoreglering
Strålning
-Värmeledning (ledning)
-Konvektion
-Avdunstning
Överväg dessa typer av termoreglering mer detaljerat.
Kemisk termoreglering
Reglering av volymen av värmeproduktionKemisk termoreglering av värmegenerering - utförs genom att ändra nivån av ämnesomsättning, vilket leder till en förändring i värmebildningen i kroppen. Värmekällan i kroppen är de exoterma oxidationsreaktionerna av proteiner, fetter, kolhydrater, såväl som hydrolysen av ATP.
Vid nedbrytning av näringsämnen ackumuleras en del av den frigjorda energin i ATP, en del avleds i form av värme (primär värme är 65–70 % av energin). När man använder högenergibindningar av ATP-molekyler går en del av energin till att utföra användbart arbete och en del avleds (sekundär värme). Således är två värmeflöden - primära och sekundära - värmeproduktion.
Om det är nödvändigt att öka värmeproduktionen, förutom möjligheten att få värme utifrån, används mekanismer i kroppen som ökar produktionen av termisk energi.
Dessa mekanismer inkluderar kontraktil och icke-kontraktil termogenes.
kontraktil termogenesDenna typ av termoreglering fungerar när vi är kalla och behöver höja vår kroppstemperatur. Denna metod består i muskelkontraktion.
Med muskelkontraktion ökar ATP-hydrolysen, därför ökar flödet av sekundär värme, som går till att värma upp kroppen.
Godtycklig aktivitet av muskelapparaten, sker huvudsakligen under påverkan av hjärnbarken. I detta fall är en ökning av värmeproduktionen möjlig med en faktor 3–5 jämfört med värdet på huvudväxeln.
Vanligtvis, med en minskning av omgivningens temperatur och blodtemperatur, är den första reaktionen en ökning av termoregulatorisk ton. (hår på kroppen "står på ända", "gåshud" dyker upp). Ur sammandragningsmekanikens synvinkel är denna ton en mikrovibration och låter dig öka värmeproduktionen med 25–40% av den initiala nivån. Vanligtvis deltar musklerna i huvudet och nacken i att skapa tonen.
Med mer betydande hypotermi förvandlas den termoregulatoriska tonen till muskel kall rysning. Kall shivering är en ofrivillig rytmisk aktivitet av ytligt placerade muskler, som ett resultat av vilken värmeproduktionen ökar. Man tror att värmeproduktionen vid kall huttring är 2,5 gånger högre än vid frivillig muskelaktivitet.
Den beskrivna mekanismen fungerar på reflexnivå, utan deltagande av vårt medvetande. Men det går att höja kroppstemperaturen med hjälp av medveten fysisk aktivitet.
När man utför fysisk aktivitet av olika kraft ökar värmeproduktionen med 5–15 gånger jämfört med vilonivån. Under de första 15–30 minuterna av långtidsdrift stiger kärnans temperatur ganska snabbt till en relativt stationär nivå, för att sedan ligga kvar på denna nivå eller fortsätta att stiga långsamt.
Icke huttrande termogenes
Denna typ av termoreglering kan leda till både en ökning och en minskning av kroppstemperaturen.
Det utförs genom att accelerera eller bromsa kataboliska metaboliska processer. Och detta kommer i sin tur att leda till en minskning eller ökning av värmeproduktionen. På grund av denna typ av termogenes kan värmeproduktionen öka med 3 gånger.
Regleringen av processerna för icke-shiverande termogenes utförs genom att aktivera det sympatiska nervsystemet, produktionen av sköldkörtelhormoner och binjuremärgen.
Fysisk termoreglering
Fysisk termoreglering förstås som en uppsättning fysiologiska processer som leder till en förändring i nivån av värmeöverföring. Det finns flera mekanismer för värmeöverföring till miljön.
- Strålning - värmeöverföring i form av elektromagnetiska vågor i det infraröda området. Strålning avger energi till alla föremål vars temperatur är över absolut noll. Elektromagnetisk strålning passerar fritt genom ett vakuum, atmosfärisk luft kan också betraktas som "transparent" för den. Mängden värme som avges av kroppen till miljön genom strålning är proportionell mot strålningens yta (kroppens yta som inte täcks av kläder) och temperaturgradienten. Vid en omgivningstemperatur på 20°C och en relativ luftfuktighet på 40–60 % försvinner kroppen på en vuxen person genom strålning omkring 40–50 % av all värme som avges.
- Värmeledning (ledning) - en metod för värmeöverföring i direkt kontakt med kroppen med andra fysiska föremål. Mängden värme som avges till omgivningen med denna metod är proportionell mot skillnaden i medeltemperaturen för de kontaktande kropparna, arean av kontaktytorna, tiden för termisk kontakt och värmeledningsförmåga.
- Konvektion - värmeöverföring, utförd genom överföring av värme genom att röra partiklar av luft (vatten). Luften i kontakt med huden värms upp och stiger, dess plats tas av en "kall" del av luft, etc. Under förhållanden av termisk komfort förlorar kroppen upp till 15 % av all värme som avges på detta sätt.
- avdunstning- återföring av termisk energi till miljön på grund av avdunstning av svett eller fukt från ytan av huden och slemhinnorna i luftvägarna. På grund av avdunstning avger kroppen vid en behaglig temperatur cirka 20 % av all avledd värme. Avdunstning är uppdelad i 2 typer.
Omärklig svett- avdunstning av vatten från slemhinnorna i luftvägarna (genom andetag) och vatten sipprar genom hudens epitel ( Avdunstning från hudens yta. Det går även om huden är torr.).
Under dagen avdunstar upp till 400 ml vatten genom luftvägarna, d.v.s. kroppen förlorar upp till 232 kcal per dag. Vid behov kan detta värde ökas på grund av termisk andnöd.
Cirka 240 ml vatten sipprar genom epidermis i genomsnitt per dag. Därför förlorar kroppen på detta sätt upp till 139 kcal per dag. Detta värde beror som regel inte på regleringsprocesserna och olika miljöfaktorer.
Upplevd svett- värmeöverföring genom avdunstning av svett. I genomsnitt frigörs 400-500 ml svett per dag vid en behaglig miljötemperatur, därför avges upp till 300 kcal energi. Men vid behov kan volymen av svettning öka upp till 12 l per dag, d.v.s. Genom att svettas kan du förlora upp till 7000 kcal per dag.
Effektiviteten av avdunstning beror till stor del på miljön: ju högre temperatur och ju lägre luftfuktighet, desto högre effektivitet har svett som värmeöverföringsmekanism. Vid 100 % luftfuktighet är avdunstning omöjlig.
Termoreglering hantering
Hypotalamus
Termoregleringssystemet består av ett antal element med inbördes relaterade funktioner. Information om temperaturen kommer från termoreceptorer och kommer med hjälp av nervsystemet in i hjärnan.
Hypotalamus spelar en stor roll i termoregleringen. Förstörelse av dess centra eller störningar av nervförbindelser leder till förlust av förmågan att reglera kroppstemperaturen. Den främre hypotalamus innehåller neuroner som styr värmeöverföringen. När neuronerna i den främre hypotalamus förstörs, tolererar kroppen inte höga temperaturer bra, men fysiologisk aktivitet bevaras under kalla förhållanden. Neuronerna i den bakre hypotalamus styr processerna för värmeproduktion. När de är skadade försämras förmågan att öka energiutbytet, så kroppen tål kyla inte bra.
Endokrina systemet
Hypotalamus styr processerna för värmeproduktion och värmeöverföring genom att skicka nervimpulser till de endokrina körtlarna, främst sköldkörteln och binjurarna.
Sköldkörtelns deltagande i termoregleringen beror på det faktum att påverkan av låg temperatur leder till en ökad frisättning av dess hormoner, vilket påskyndar ämnesomsättningen och följaktligen värmegenerering.
Binjurarnas roll är förknippad med deras frisättning till blodet av katekolaminer, som genom att öka eller minska oxidativa processer i vävnader (till exempel muskler), ökar eller minskar värmeproduktionen och drar ihop eller ökar hudkärlen, vilket ändrar nivån av värmeöverföring.
Mekanismer för värmeöverföring av kroppen under kyla och värme ">
Kroppens värmeöverföringsmekanismer under förhållanden med kyla och värme: a) omfördelning av blod mellan kärlen i de inre organen och kärlen på hudytan; b) omfördelning av blod i hudens kärl.
Fysisk termoreglering uppträdde i senare skeden av evolutionen. Dess mekanismer påverkar inte processerna för cellulär metabolism. Mekanismerna för fysisk termoreglering aktiveras reflexmässigt och har, precis som alla reflexmekanismer, tre huvudkomponenter. För det första är dessa receptorer som uppfattar förändringar i temperatur inne i kroppen eller miljön. Den andra länken är centrum för termoreglering. Den tredje länken är effektorer som förändrar värmeöverföringsprocesserna och håller kroppstemperaturen på en konstant nivå. I kroppen, förutom svettkörteln, finns det inga egna effektorer av reflexmekanismen för fysisk termoreglering.
Betydelsen av fysisk termoreglering
Fysisk termoreglering är reglering av värmeöverföring. Dess mekanismer säkerställer att kroppstemperaturen upprätthålls på en konstant nivå, både under förhållanden när kroppen hotas av överhettning och under kylning.
Fysisk termoreglering utförs av förändringar i kroppens utsläpp av värme. Det får särskild betydelse för att upprätthålla en konstant kroppstemperatur under kroppens vistelse i förhållanden med förhöjd omgivningstemperatur.
Värmeöverföring sker genom värmestrålning (strålningsvärmeöverföring), konvektion, d.v.s. rörelse och blandning av luft som värms upp av kroppen, värmeledning, d.v.s. värmeavledning av ett ämne i kontakt med kroppsytan. Typen av värmeöverföring från kroppen varierar beroende på intensiteten i ämnesomsättningen.
Värmeförlust förhindras av lagret av stillastående luft som finns mellan kläder och hud, eftersom luft är en dålig värmeledare. Lagret av subkutan fettvävnad förhindrar till stor del värmeöverföring på grund av fettets låga värmeledningsförmåga.
Temperaturreglering
Hudens temperatur, och därför intensiteten av värmestrålning och värmeledning, kan förändras i kalla eller varma miljöförhållanden som ett resultat av omfördelningen av blod i kärlen och med förändringar i volymen av cirkulerande blod.
I kylan drar sig hudens blodkärl, främst arterioler, samman; mer blod kommer in i kärlen i bukhålan och därmed begränsas värmeöverföringen. De ytliga skikten av huden, som tar emot mindre varmt blod, utstrålar mindre värme, så värmeöverföringen minskar. Dessutom, med en stark kylning av huden, öppnas arteriovenösa anastomoser, vilket minskar mängden blod som kommer in i kapillärerna och förhindrar därmed värmeöverföring.
Omfördelningen av blod som sker i kylan - en minskning av mängden blod som cirkulerar genom de ytliga kärlen och en ökning av mängden blod som passerar genom kärlen i de inre organen - bidrar till att bevara värmen i de inre organen, vars temperatur hålls på en konstant nivå.
När omgivningstemperaturen stiger expanderar hudens kärl, mängden blod som cirkulerar i dem ökar. Volymen av cirkulerande blod i hela kroppen ökar också på grund av överföringen av vatten från vävnaderna till kärlen, och även på grund av att mjälten och andra bloddepåer släpper ut ytterligare blod i den allmänna cirkulationen. En ökning av mängden blod som cirkulerar genom kroppens ytkärl främjar värmeöverföring genom strålning och konvektion. För att upprätthålla en konstant kroppstemperatur vid höga omgivningstemperaturer är svettning också viktig, vilket uppstår på grund av värmeöverföring i processen med vattenavdunstning.
Liksom fluktuationer i syrehalt och pH, modulerar förändringar i intracellulär temperatur avsevärt metabolismen i celler. Många vitala enzymer fungerar i en smal temperaturvariation, vilket kräver lämpliga mekanismer för att upprätthålla värmebalansen.
Värme genereras under ämnesomsättningen. Varje ökning av cellulär ämnesomsättning (som ett resultat av ökade nivåer av sköldkörtelhormoner, adrenalin eller noradrenalin i blodet, en ökning av den basala ämnesomsättningen eller under träning) ökar värmeproduktionen. I människokroppen genereras 60 % av all värme i musklerna, 30 % i levern och 10 % i andra organ. I genomsnitt tilldelar en person som väger 70 kg i vila cirka 72 kcal / timme, och för att öka sin temperatur med 1 ° C måste du spendera cirka 58 kcal.
Termisk balans är förhållandet mellan processerna för värmeproduktion, värmeretention och värmeöverföring, d.v.s. balans mellan system som producerar värme och system där denna värme går förlorad.
Värmeproduktionär främst resultatet av biokemiska processer, värmeöverföring Och värmebevarande- främst resultatet av fysiska processer.
Mekanismer för värmeproduktion. Huvudmängden värme i kroppen bildas under oxidation av proteiner, fetter och kolhydrater, såväl som som ett resultat av ATP-hydrolys. Under förhållanden med låg omgivningstemperatur i kroppen aktiveras ytterligare mekanismer för värmegenerering:
1. kontraktil termogenes(värmegenerering på grund av skelettmuskelkontraktion):
a) frivillig motorisk aktivitet;
b) kalla muskelskakningar;
c) kall muskeltonus (ökning i muskeltonus i kyla).
2. Icke huttrande termogenes(värmegenerering som ett resultat av aktivering av katabolismprocesser - glykolys, glykogenolys, lipolys). Det kan observeras i skelettmuskler, lever, brunt fett (på grund av matens specifika dynamiska verkan).
värmeöverföringsmekanismer. Utsläpp av värme från kroppen till miljön sker på följande sätt (bild):
1) avdunstning– värmeöverföring på grund av vattenavdunstning;
2) Värmeledning- värmeöverföring genom direkt kontakt med den kalla luften i miljön (minskar i närvaro av kläder och subkutant fettlager);
3) värmestrålning- värmeöverföring från hudområden som inte täcks av kläder;
4) konvektion- Värmeöverföring på grund av uppvärmning av de intilliggande luftlagren, höja dessa uppvärmda lager och ersätta dem med kalla delar av luft.
Under förhållanden med termisk komfort (20 - 22 ° C) avges huvudmängden värme på grund av värmeledning, värmestrålning och konvektion, och endast 20% går förlorad genom avdunstning. Vid höga omgivningstemperaturer förloras upp till 80 - 90 % av värmen genom avdunstning.
Värmehållning tillhandahålls av det subkutana fettlagret, hårfästet, kläderna och upprätthållandet av en hållning där kroppsytan och värmeöverföringsprocesserna är minimala. Hos varmblodiga djur hålls temperaturen på en konstant nivå. I det här fallet kan 2 zoner för att upprätthålla kroppstemperatur särskiljas: homoiotermisk"kärna" eller "kärna" där temperaturen faktiskt hålls konstant och poikilotermisk"slida" - alla vävnader som inte ligger djupare än 3 cm från kroppens yta (hud, subkutan vävnad etc.), vars temperatur till stor del beror på omgivningstemperaturen. För att bestämma den genomsnittliga kroppstemperaturen, använd Bartons formel:
T kropp = 2/3 T kärna + 1/3 T skal.
Teckning. (Raff, 2001)
Hos människor närmar sig medeltemperaturen i hjärnan, blodet, inre organen 37 ° C. Den fysiologiska gränsen för dess fluktuationer är 1,5 ° C. Kroppstemperatur över 43 ° C är praktiskt taget oförenlig med mänskligt liv. Existera cirkadian, dvs. cirkadiska fluktuationer i kroppstemperatur inom 1 °C. Den lägsta temperaturen observeras under de tidiga morgontimmarna, den högsta - på eftermiddagen.
Vid en behaglig temperatur (20 - 22 ° C) i miljön upprätthålls en viss balans mellan värmeproduktion och värmeöverföring. Vid en omgivningstemperatur under 12 ° C ökar värmeretentionen och följaktligen värmeproduktionen, vid en omgivningstemperatur över 22 ° C dominerar värmeöverföringsprocesser och värmeproduktionen minskar.
Termoregleringscentraler finns i hypotalamus. I den främre hypotalamus finns centra för värmeöverföring, i den bakre - centra för värmeproduktion.
Termoreceptorer finns i huden, inre organ, andningsvägar, skelettmuskler och centrala nervsystemet. De flesta termoreceptorer finns i hårbotten och nacken. Det finns kyla och värme termoreceptorer. sympatisk nervsystem reglerar processerna för värmeproduktion (glykogenolys, lipolys) och värmeöverföring (svettning, förändringar i tonen i hudkärlen, etc.). Det somatiska systemet reglerar tonisk spänning, frivillig och ofrivillig aktivitet av skelettmuskler, d.v.s. kontraktila termogenesprocesser.
hypertermi uppstår vid en omgivningstemperatur över 37 0 C (särskilt vid hög luftfuktighet) eller med för intensiv värmeutveckling i kroppen vid hårt fysiskt arbete. Samtidigt, i det första (kompenserade) stadiet, expanderar perifera kärl, svettning ökar, andningen påskyndar, vilket hjälper till att avlägsna överskottsvärme. I det andra steget (som också kan kompenseras), trots ökningen av värmeöverföringen, stiger kroppstemperaturen, andning och puls blir vanligare och huvudet börjar göra ont. Det tredje steget (okompenserat) kännetecknas av ett blodtrycksfall, hämning av andningen, försvinnandet av reflexer fram till döden.
Hypotermi uppstår när det finns en obalans mellan värmeproduktion och värmeöverföring med övervägande värmeöverföring. Oftast utvecklas hypotermi på grund av hypotermi vid låga omgivande temperaturer. Alkoholförgiftning, brist på muskelrörelser, utmattning underlättar utvecklingen av hypotermi. I den första fasen av hypotermi ökar värmeproduktionen i kroppen (på grund av muskelskakningar och ökad ämnesomsättning) och värmeöverföringen minskar (på grund av spasmer i perifera kärl, minskad svettning) etc. I den andra (dekompenserade) fasen sjunker kroppstemperaturen, hjärnans funktioner saktar ner och blodtrycket sjunker. Återställande av kroppsfunktioner är endast möjlig om kroppstemperaturen har sjunkit till 24 - 26 0 C, men inte lägre.
