Механизми на терморегулация на тялото. Терморегулацията на човешкото тяло ви позволява да поддържате телесната температура постоянна Как протича процесът на терморегулация?

Топлообмен

Топлината може да се движи само от област с по-висока температура към област с по-ниска температура. Следователно потокът на топлинна енергия от живия организъм в околната среда не спира, докато температурата на тялото е по-висока от температурата на околната среда.

Телесната температура се определя от съотношението на скоростта на метаболитно производство на топлина от клетъчните структури и скоростта на разсейване на генерираната топлинна енергия в околната среда. Следователно топлообменът между организма и околната среда е съществено условие за съществуването на топлокръвните организми. Нарушаването на връзката между тези процеси води до промяна в телесната температура.

Животът може да възникне в тесен диапазон от температури.

Възможността за протичане на жизненоважни процеси е ограничена от тесен температурен диапазон на вътрешната среда, в която могат да протичат основните ензимни реакции. За хората понижаването на телесната температура под 25°C и повишаването над 43°C обикновено е фатално. Нервните клетки са особено чувствителни към температурни промени.

Ядро и външна обвивка на тялото

От гледна точка на терморегулацията човешкото тяло може да си представим като състоящо се от два компонента: външна обвивка и вътрешно ядро. Ядрото е частта от тялото, която има постоянна температура, а черупката е частта от тялото, която има температурен градиент. Чрез обвивката има топлообмен между ядрото и околната среда.

Терморегулация

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

Видове терморегулация

Терморегулацията може да бъде разделена на два основни вида:

Химична и физическа терморегулация. Те от своя страна също са разделени на няколко вида:

1. Химична терморегулация

   Контрактилна термогенеза
   - Неконтрактилна термогенеза

2. Физическа терморегулация

Радиация
-Топлопроводимост (проводимост)
-Конвекция
-Изпаряване

Нека разгледаме тези видове терморегулация по-подробно.

Химична терморегулация

Регулиране на обема на производството на топлина

Химическата терморегулация на генерирането на топлина се осъществява чрез промяна на нивото на метаболизма, което води до промяна в образуването на топлина в тялото. Източникът на топлина в тялото са екзотермични реакции на окисляване на протеини, мазнини, въглехидрати, както и хидролиза на АТФ.

Когато хранителните вещества се разграждат, част от освободената енергия се натрупва в АТФ, а част се разсейва под формата на топлина (първична топлина - 65–70% от енергията). Когато се използват високоенергийни връзки на ATP молекули, част от енергията се използва за извършване на полезна работа, а част се разсейва (вторична топлина). По този начин два топлинни потока - първичен и вторичен - са производство на топлина.

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

Тези механизми включват контрактилна и неконтрактилна термогенеза.

Контрактилна термогенеза

Този тип терморегулация работи, ако ни е студено и трябва да повишим телесната си температура. Този метод се състои в свиване на мускулите.

Когато мускулите се свиват, хидролизата на АТФ се увеличава, следователно потокът от вторична топлина, използвана за затопляне на тялото, се увеличава.

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

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

При по-значителна хипотермия терморегулаторният тонус преминава в студени мускулни тремори. Студеното треперене е неволна ритмична активност на повърхностните мускули, в резултат на което се увеличава производството на топлина. Смята се, че производството на топлина по време на студено треперене е 2,5 пъти по-високо, отколкото по време на доброволна мускулна активност.

Описаният механизъм работи на рефлекторно ниво, без участието на нашето съзнание. Но можете също така да повишите телесната си температура с помощта на съзнателна физическа активност.

При извършване на физическа активност с различна интензивност производството на топлина се увеличава 5-15 пъти в сравнение с нивата в покой. През първите 15–30 минути продължителна работа, температурата в сърцевината се повишава доста бързо до относително стационарно ниво и след това остава на това ниво или продължава бавно да се повишава.

Неконтрактилна термогенеза

Този тип терморегулация може да доведе както до повишаване, така и до понижаване на телесната температура.

Осъществява се чрез ускоряване или забавяне на катаболитните метаболитни процеси. А това от своя страна ще доведе до намаляване или увеличаване на производството на топлина. Благодарение на този тип термогенеза производството на топлина може да се увеличи 3 пъти.

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

Физическа терморегулация

Физическата терморегулация се разбира като набор от физиологични процеси, водещи до промени в нивото на пренос на топлина. Има няколко механизма за отделяне на топлина в околната среда.

1. Радиация
– пренос на топлина под формата на електромагнитни вълни в инфрачервения диапазон. Благодарение на радиацията всички обекти, чиято температура е над абсолютната нула, отделят енергия. Електромагнитното излъчване преминава свободно през вакуум, атмосферният въздух също може да се счита за „прозрачен“ за него. Количеството топлина, разсейвано от тялото в околната среда чрез радиация, е пропорционално на повърхността на радиацията (площта на повърхността на тялото, непокрита от дрехи) и температурния градиент. При температура на околната среда 20°C и относителна влажност на въздуха 40–60% тялото на възрастен човек разсейва около 40–50% от общата топлина, отделена от радиацията.
2. Топлинна проводимост (проводимост)
- метод за пренос на топлина при директен контакт на тялото с други физически обекти. Количеството топлина, отделено в околната среда по този метод, е пропорционално на разликата в средните температури на контактуващите тела, площта на контактните повърхности, времето на термичен контакт и топлопроводимостта.
3. Конвекция
– пренос на топлина, осъществяван чрез пренос на топлина от движещи се частици въздух (вода). Въздухът в контакт с кожата се нагрява и издига, мястото му се заема от „студена“ част от въздуха и т.н. В условията на топлинен комфорт тялото губи до 15% от общата топлина, отделена по този начин.
4. Изпарение– отделяне на топлинна енергия в околната среда поради изпаряване на пот или влага от повърхността на кожата и лигавиците на дихателните пътища. Благодарение на изпарението, тялото отделя около 20% от цялата разсеяна топлина при комфортна температура. Изпарението се разделя на 2 вида.

Неусетно изпотяване– изпаряване на вода от лигавиците на дихателните пътища (чрез дишане)и вода, просмукваща се през епитела на кожата ( Изпарение от повърхността на кожата.Действа дори ако кожата е суха.)

На ден през дихателните пътища се изпаряват до 400 мл вода, т.е. тялото губи до 232 kcal на ден. Ако е необходимо, тази стойност може да бъде увеличена поради термичен задух.

Средно около 240 ml вода се просмуква през епидермиса на ден. Следователно, по този начин тялото губи до 139 kcal на ден. Тази стойност, като правило, не зависи от регулаторните процеси и различни фактори на околната среда.

Възприемано изпотяване– пренос на топлина през изпаряване на потта. Средно 400–500 ml пот се отделят на ден при комфортна температура на околната среда, следователно се освобождават до 300 kcal енергия. Въпреки това, ако е необходимо, обемът на изпотяване може да се увеличи до 12　l на ден, т.е. Чрез изпотяване можете да загубите до 7000 kcal на ден.

Ефективността на изпарението до голяма степен зависи от околната среда: колкото по-висока е температурата и по-ниска влажност, толкова по-ефективно е изпотяването като механизъм за пренос на топлина. При 100% влажност изпарението е невъзможно.

Контрол на терморегулацията

Хипоталамус

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

Хипоталамусът играе основна роля в терморегулацията. Разрушаването на неговите центрове или нарушаването на нервните връзки води до загуба на способността за регулиране на телесната температура. Предният хипоталамус съдържа неврони, които контролират процесите на пренос на топлина. Когато невроните на предния хипоталамус са унищожени, тялото не понася добре високите температури, но физиологичната активност се поддържа при студени условия. Невроните на задния хипоталамус контролират процесите на производство на топлина. Когато те са повредени, способността за засилване на енергийния обмен е нарушена, така че тялото не понася добре студа.

Ендокринна система

Хипоталамусът контролира процесите на производство на топлина и пренос на топлина, като изпраща нервни импулси към жлезите с вътрешна секреция, главно щитовидната и надбъбречните жлези.

Участието на щитовидната жлеза в терморегулацията се дължи на факта, че въздействието на ниската температура води до повишено отделяне на нейните хормони, които ускоряват метаболизма и съответно топлоотделянето.

Ролята на надбъбречните жлези е свързана с тяхното освобождаване на катехоламини в кръвта, които чрез увеличаване или намаляване на окислителните процеси в тъканите (например мускулите) увеличават или намаляват производството на топлина и стесняват или разширяват кожните съдове, променяйки нивото на пренос на топлина.

Топлообмен между човек и околната среда. Човек е постоянно в състояние на топлообмен с околната среда. Човешката дейност е придружена от непрекъснато отделяне на топлина в околната среда. Количеството му зависи от степента на физическо натоварване при определени климатични условия и варира от 85 J/s (в покой) до 500 J/s (при тежка работа). За нормалното протичане на физиологичните процеси в човешкото тяло е необходимо генерираната от тялото топлина (Qt) да бъде изцяло отдадена на околната среда (Qt), т.е. топлинен баланс Q tv = Q тогава. Излишъкът на отделяне на топлина от тялото над преноса на топлина в околната среда (Qt > Qto) води до нагряване на тялото и повишаване на телесната температура. Това топлинно благополучие се характеризира с концепцията горещ.Напротив, превишението на преноса на топлина над отделянето на топлина (Q TV< Q то) приводит к охлаждению организма и снижению его температуры. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием Студ.

Един от важните показатели за топлинното състояние на тялото е средната телесна температура (вътрешни органи) около 36,5 °C. Дори незначителни отклонения от тази температура в една или друга посока водят до влошаване на благосъстоянието на човека. Зависи от степента на нарушение на топлинния баланс и нивото на разход на енергия при извършване на физическа работа.

Топлообменът между човешкото тяло и околната среда зависи от параметрите на микроклимата: температура на околната среда, скорост на въздуха, относителна влажност на въздуха. За да се разбере влиянието на конкретен индикатор върху преноса на топлина, е необходимо да се разгледат механизмите, чрез които топлината се прехвърля от един обект на друг (по-специално от човек към околната среда и обратно).

Освобождаването на топлина от човешкото тяло става чрез:

Топлопроводимост Q t;

Конвекция q k в резултат на измиване на човешкото тяло с въздух;

Радиация към околните повърхности Q от;

Изпаряването на влагата от повърхността на кожата Q е и по време на дишане Q c.

Топлината може да се предава само от тяло с по-висока температура към тяло с по-ниска температура. Интензивността на топлообмена зависи от разликата в телесните температури (в нашия случай това е температурата на човешкото тяло и температурата на предметите и въздуха около човека) и топлоизолационните свойства на облеклото. Тъй като температурата на човешкото тяло спрямо стойността от 36,5 ° C се променя в малък диапазон, промяната в преноса на топлина от човек възниква главно поради промени в температурата на околната среда на човека. Ако температурата на въздуха или предметите около човек е по-висока от 36,5 ° C, няма пренос на топлина от лицето, а напротив, нагряване на лицето.

Човешкото облекло има топлоизолационни свойства: колкото по-топло е, толкова по-малко топлина се предава от човек към околната среда. По този начин е възможно да се регулира топлообменът между човек и околната среда поради температурата на околната среда и изборът на облекло с различни топлоизолационни свойства.

Въздухът в близост до топъл предмет се нагрява. Загрятият въздух е с по-ниска плътност и като е по-лек се издига нагоре, а мястото му се заема от по-студения въздух от околната среда. Феноменът на обмен на порции въздух поради разликата в плътността на топъл и студен въздух се нарича естествена конвекция.

Ако топъл предмет се обдухва със студен въздух, тогава процесът на замяна на по-топлите слоеве въздух в обекта с по-студени се ускорява. В този случай отопляемият обект ще има по-студен въздух, температурната разлика между отопляемия обект и околния въздух ще бъде по-голяма и интензитетът на пренос на топлина от обекта към околния въздух ще се увеличи. Това явление се нарича принудителна конвекция.По този начин топлообменът между човек и околната среда може да се регулира чрез промяна на скоростта на движение на въздуха, т.е. Колкото по-ниска е температурата на околната среда и колкото по-висока е скоростта на въздуха, толкова по-голям е преносът на топлина чрез конвекция.

Топлинната енергия, преобразувайки се на повърхността на горещо тяло в лъчиста (електромагнитна вълна) - инфрачервено лъчение, се прехвърля на друга (студена повърхност), където отново се превръща в топлина. Колкото по-голяма е температурната разлика между човек и околните обекти, толкова по-голям е лъчистият поток. Освен това лъчистият поток може да идва от човек, ако температурата на околните обекти е по-ниска от температурата на човека и обратно, ако околните обекти са по-нагрети, т.е. Колкото по-ниска е температурата на повърхностите около човек, толкова по-голям е лъчистият поток по време на топлообмен чрез радиация.

Интензивността на изпарението и следователно количеството топлопредаване от тялото към околната среда зависи: първо, от температурата на околната среда: колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е интензивността на изпарението; второ, върху влажността на въздуха: колкото по-висока е влажността, толкова по-ниска е интензивността на изпарението; трето, върху скоростта на движение: интензивността на изпарението се увеличава с увеличаване на скоростта на въздуха; четвърто, върху интензивността на работата: нивото на изпотяване се увеличава пропорционално на тежестта на извършената работа.

По време на процеса на дишане околният въздух, влизащ в белите дробове на човека, се нагрява и в същото време се насища с водна пара. Така топлината се отвежда от човешкото тяло с издишвания въздух (Qв). Количеството топлина, отделяно от човек с издишания въздух, зависи от неговата физическа активност, влажността и температурата на околния (вдишания) въздух. Колкото по-голяма е физическата активност и колкото по-ниска е околната температура, толкова повече топлина се отделя с издишания въздух. Тъй като температурата и влажността на околния въздух се повишават, количеството топлина, отстранено чрез дишането, намалява.

По този начин посоката на топлинните потоци Q t Q към Q от може да бъде от човек към въздуха и предметите около него и обратно, в зависимост от това кое е по-високо - температурата на тялото на човека или околния въздух и телата около него.

Топлоотдаването на човешкото тяло се определя основно от големината на мускулното натоварване по време на човешката дейност, а топлоотдаването се определя от температурата на околния въздух и предмети, скоростта на движение и относителната влажност на въздуха.

Параметрите на микроклимата в естествена среда и в промишлени условия могат да варират в широки граници. Заедно с промените в параметрите на микроклимата се променя и топлинното благосъстояние на човека. Нарушаването на топлинния баланс в една или друга посока предизвиква реакции в човешкото тяло, които допринасят за неговото възстановяване.

Процесите на регулиране на генерирането на топлина за поддържане на постоянна температура на човешкото тяло се наричат терморегулация.Тя ви позволява да поддържате температурата на вътрешните органи постоянна (36,5 ° C) и не съдържа специфични органи. Устойчивостта на студ или топлина се осъществява под контрола на нервната система, която включва определени органи в специфична функционална система, която осигурява поддържането на постоянна температура по най-ефективния и икономичен начин. Физиологичната система на терморегулация включва регулирането на производството на топлина и преноса на топлина.

Терморегулацията се осъществява по следните начини: биохимично, чрез промяна на интензивността на кръвообращението и интензивността на изпотяване.

Терморегулация чрез биохимични средствасе състои в промяна на интензивността на окислителните процеси, протичащи в човешкото тяло. Външната проява на биохимичните регулаторни процеси е мускулен тремор, който, както вече беше споменато, се появява при хипотермия на тялото. Увеличава отделянето на топлина до 125...200 J/s. В резултат на сложни химични реакции по време на смилането на храната се генерира топлина, която се изразходва за поддържане на жизнените процеси: работата на сърцето и дихателните органи.

Терморегулация чрез промяна на интензивността на кръвообращениетосе крие в способността на тялото да регулира обема на доставяната кръв, която в този случай може да се разглежда като носител на топлина от вътрешните органи към повърхността на човешкото тяло чрез стесняване или разширяване на кръвоносните съдове.

При високи температури на околната среда кръвоносните съдове на кожата се разширяват и към нея се влива повече кръв от вътрешните органи и следователно повече топлина се предава на околната среда.

При ниски температури се получава обратното явление: кръвоносните съдове се стесняват, количеството кръв и следователно топлината, доставяна на кожата, намалява, нейната температура намалява и в резултат на това намалява преноса на топлина от човек към околната среда.

Терморегулация чрез промяна на интензивността на изпотяванесе състои в промяна на процеса на пренос на топлина поради изпаряване. Охлаждането на тялото чрез изпаряване е от голямо значение. По този начин при околна температура от 36 °C топлината се предава от човек на околната среда почти изключително чрез изпаряване на потта. Всички методи участват в регулирането на процеса на топлообмен едновременно, но в по-голяма или по-малка степен.

Експериментално е установено, че оптималният метаболизъм в организма и съответно максималната производителност на труда се постигат, ако компонентите на процеса на топлообмен са в следните граници:

Q до +Q t =30%; Q от -45

Q е =20% Q в =5%

Този баланс характеризира липсата на напрежение в системата за терморегулация.

Параметрите на въздушния микроклимат, които определят оптималната обмяна на веществата в организма и при които няма неприятни усещания и напрежение в системата за терморегулация, се наричат. удобно или оптимално.Зоната, в която околната среда напълно отвежда генерираната от тялото топлина и няма напрежение в системата за терморегулация, се нарича зона на комфорт.Наричат ​​се условия, при които се нарушава нормалното топлинно състояние на човек неудобно.

При леко напрежение в системата за терморегулация и лек дискомфорт се установяват приемливи метеорологични условия. При превишаване на допустимите стойности на метеорологичните параметри системата за терморегулация работи под напрежение, човек изпитва силен дискомфорт, топлинният баланс се нарушава и тялото започва да прегрява или хипотермия, в зависимост от това в коя посока е нарушен топлинният баланс.

Адаптация и аклиматизация при работа в условия на отопление и охлаждане.Тялото на работещите в условия на постоянно излагане на високи или ниски температури е в състояние на динамично равновесие с външната среда (динамичен стереотип) -Това е равновесие, установено поради адаптацията на човешкото тяло към определени метеорологични условия.

Адаптирането към топлинен или охлаждащ микроклимат се основава на процеси, насочени към поддържане на определено ниво и взаимовръзка на физиологични системи, органи, механизми за управление, които осигуряват висока жизнена активност на тялото.

В началните етапи адаптацията се осъществява поради активирането на компенсаторни механизми - първични рефлексни реакции, насочени към елиминиране или отслабване на функционални промени в тялото, причинени от топлинни стимули. В процеса на адаптация (адаптация) всички дейности на тялото чрез неврохуморални механизми се привеждат във все по-точен и фин баланс с околната среда.

В резултат на процеса на адаптация се установява стабилно състояние на жизнените системи на организма при променени микроклиматични условия на околната среда - аклиматизация.

Аклиматизация -адаптирането към нови климатични условия е частен случай на адаптация, развива се в резултат на продължително излагане на високи и ниски температури. Характерни особености на адаптацията и аклиматизацията са подобряване на общото състояние, по-лесно понасяне на високи и ниски температури, съкращаване на периода на възстановяване на физиологичните функции и работоспособност.

Адаптация към високи температурисе изразява в повишена мускулна работа и значително намаляване на основния метаболизъм. При работа при високи стайни температури се получава адаптация поради намаляване на производството на топлина, образуване на стабилно преразпределение на кръвоносните съдове, така че преносът на топлина от повърхността на тялото се улеснява. Изпотяването от прекомерно - в аварийната фаза - преминава в адекватно на високата температура. По време на процеса на адаптация при силно изпотяване се наблюдава намаляване на концентрацията на хлориди в потта, което спомага за намаляване на нарушенията във водно-солевия метаболизъм. Кръвното налягане се понижава, пулсът и дишането намаляват, телесната температура леко намалява.

Адаптация към излагане на студ.Честото и продължително излагане на студ води до засилване на метаболизма и повишено производство на топлина. При работа в хладилни цехове или хладилници през първите дни, в отговор на ниски температури, производството на топлина се увеличава неикономично, прекомерно, преносът на топлина все още не е достатъчно ограничен. След установяване на фаза на стабилна адаптация, процесите на производство на топлина стават по-интензивни, а загубата на топлина намалява и в крайна сметка се балансира по такъв начин, че най-добре да поддържа стабилна телесна температура в нови условия.

В този случай към активната адаптация се присъединяват механизми, които осигуряват адаптиране на рецепторите към студа, т.е. повишаване на прага на стимулиране на тези рецептори. Температурата на кожата се възстановява по-бързо, има по-малко изразено свиване на кожните съдове, по-голямо кръвоснабдяване и обемът на циркулиращата кръв се увеличава.

В ход адаптация към инфрачервено лъчениевъзбудимостта на рецепторите намалява, наблюдава се леко учестяване на сърдечната честота и повишаване на телесната температура, увеличаване на интензивността на изпотяване, увеличаване на количеството мастни вещества и намаляване на концентрацията на хлориди в потта.

Адаптацията се наблюдава при условие, че колебанията в параметрите на промишления микроклимат не надхвърлят компенсаторните възможности на тялото. Резките колебания в метеорологичните условия затрудняват адаптирането на организма към тях. Топлинните стимули, които са прекомерни по интензивност и продължителност, могат да доведат до нарушаване на адаптацията. Неуспехите в адаптацията са свързани с намаляване на имунологичната реактивност на организма и водят до различни неблагоприятни последици, по-специално повишена заболеваемост.

Терморегулацията е механизъм, който позволява на живите организми да поддържат постоянна вътрешна среда. Повечето процеси в човешкото тяло зависят от температурата: метаболизъм, синтез на протеини и хормони, храносмилане.Освен това прегряването или хипотермията може да доведе до сериозни заболявания и дори смърт.

Температурен диапазон

Терморегулацията е изключително важна за нормалното функциониране на човека. здрави хора е в тесен диапазон от 36,0 до 37,0 по Целзий. Рязкото намаляване или увеличаване на тези стойности обикновено води до смърт.

В жегата човек се поти интензивно. Загубата на течности по този начин води до дехидратация, понякога доста тежка. Заедно с потта витамините и минералите напускат тялото. Поради дехидратация кръвта става по-гъста и метаболизмът се нарушава. Нормалната загуба на вода по време на изпотяване е до три процента от общото телесно тегло. Ако тази стойност надхвърли шестпроцентната бариера, когнитивните функции страдат. Двадесет процента са достатъчни за смърт. Освен това има още една опасност. При продължително излагане на слънце тялото натрупва повече топлина, отколкото отделя в околната среда и според закона за термодинамичното равновесие човешкото тяло постепенно се загрява до температура на въздуха, тоест до 39-41 градуса по Целзий. Това води до топлинен удар и загуба на съзнание. Сърдечно-съдовата система също работи усилено: пулсът се ускорява, налягането се повишава, кръвта трудно преминава през съдовете.

Хипотермията е не по-малко опасна за хората. В студа кръвоносните съдове на тялото се стесняват, което причинява исхемия на тъканите. И ако излагането на ниски температури е продължително, тогава участъци от кожата или мускулите могат да умрат. Те също така влияят на метаболизма, който се случва няколко пъти по-бързо, тъй като тялото се нуждае от енергия за отопление.

Ядро и черупка

Условно цялото човешко тяло може да бъде разделено на две нива: сърцевина и черупка. Ядрото (предимно вътрешните органи) има постоянна температура от около тридесет и седем градуса. Това се постига чрез баланс между производство на топлина и пренос на топлина. Черупката е бариера с дебелина 2,5 см между околната среда и сърцевината.Терморегулацията е способността на черупката да поддържа постоянна температура в сърцевината.

Кожата на здрав човек в различни области може да се нагрее от 24 до 36,6 градуса. Най-студените места са върховете на пръстите, а най-топлите са подмишниците. Колебанията в телесната температура през деня достигат до един градус: най-ниската е рано сутрин, а най-високата е в шест вечерта.

Генериране на топлина и пренос на топлина

Какво е терморегулация и как се поддържа в човешкото тяло? Този въпрос не е толкова лесен за отговор, колкото изглежда на пръв поглед. Тялото ни непрекъснато произвежда топлина, която се изразходва предимно за отопление на външната среда. Този процес се нарича пренос на топлина. Регулира се от нервната система, от нейните резултати зависи обмяната на веществата, сърдечната дейност, мускулната контракция и др.

Обикновено производството на топлина е равно на преноса на топлина, т.е. наблюдава се изотермия. Причините за терморегулацията са прости - тя помага за поддържане на вътрешната температура непокътната и осигурява известна независимост на тялото от външни условия. За един час генерира достатъчно топлина в човек, за да заври литър вода. И ако не беше преносът на топлина, тогава в рамките на три дни след раждането всички ние буквално щяхме да бъдем сготвени отвътре. Следователно процесите, които помагат на хората да се отърват от излишната топлина, са изключително важни.

Втвърдяване

Терморегулацията и закаляването вървят ръка за ръка. Тялото се адаптира към въздействието на все по-ниски или по-високи температури и се формират нови механизми за поддържане на постоянна вътрешна температура.

У дома са известни няколко от най-често срещаните методи за втвърдяване. Например избърсване с хладка вода. Първият път водата трябва да е 30 градуса, след това 28, 26 и така докато достигне 15 градуса по Целзий. Когато тялото свикне със студа, можете да преминете от обтриване към обливане или душ. Въздушните и слънчевите бани също се оказаха ефективни. Първоначално продължителността на сесиите не трябва да надвишава 15 минути, но с течение на времето можете да увеличите времето до 60. Въпреки това си струва да запомните, че продължителното излагане на слънце може да доведе до кожни проблеми и рак.

Терморецептори

Кожата играе ключова роля в терморегулацията на тялото. Като най-големият орган на човешкото тяло, той изпълнява много функции, включително съдържа терморецептори (студ и топлина). Известно е, че има около десет пъти повече студено време, затова сме много по-чувствителни към ниските температури. Най-голяма е концентрацията на рецептори на лицето и шията, а най-малко във върховете на пръстите. Тяхната чувствителност обаче е обратно пропорционална на количеството. Въпреки факта, че има повече топлинни рецептори, те са почти два пъти по-чувствителни от студените.

Видове терморегулация

Терморегулацията е цял конгломерат от процеси, насочени към поддържане на постоянна телесна температура чрез топлообмен. Механизмът на работа на тази система може да бъде описан с помощта на принципа на „обратната връзка“. Тоест, първо температурата на околната среда се променя, кожните рецептори реагират на това и предават сигнал към мозъка. И от там идва регулирането на производството на топлина и нейното отдаване.

Всички процеси на терморегулация могат да бъдат разделени на два вида:

Физически;

химически.

Физическата терморегулация от своя страна се разделя на изпарение, излъчване, топлопроводимост и конвекция. Те включват контрактилна и неконтрактилна термогенеза.

Физическа терморегулация

Физическата терморегулация е съвкупност от процеси, които осигуряват отделянето на топлина от тялото. Природата предлага няколко начина за това:

Провеждане;

конвекция;

радиация;

Изпарение.

В допълнение, тялото може да регулира интензивността на кръвообращението и степента на разширяване на кръвоносните съдове в кожата, което също влияе върху загубата на топлина. Друг механизъм за загуба на топлина е изпотяването. Той е най-ефективен при горещ климат или изкуствено повишаване на температурата на околната среда.

В покой, при комфортна температура от 20 градуса по Целзий, човек губи около шестдесет процента топлина чрез радиация, изпарява само двадесет, а останалата част се дължи на проводимост и конвекция. Само за час губим около сто килокалории или четиристотин и деветнадесет джаула.

Изпарение и радиация

Изпарението е освобождаването на енергия в околното пространство поради загубата на влага през кожата или лигавиците. В противен случай този процес се нарича изпотяване. При комфортна температура (около двадесет градуса по Целзий), човек губи около 36 грама течност на всеки час. Когато температурата се повиши или има интензивна работа, тази цифра понякога се увеличава до два литра на час.

Конвекцията е динамичен метод на загуба на топлина, който се осъществява от движещи се частици вода или въздух, например такива потоци се създават от вятър или вентилатор. Просто казано, тялото, отделяйки топлина, загрява въздуха до кожата. Той става по-лек от студения и се издига по-високо, а на негово място заема нова порция. Когато се окажем във вятъра или се движим бързо, въздухът около нас също се движи по-бързо, поради което топлината не се задържа дълго близо до кожата.

Химична терморегулация

Терморегулацията и метаболизмът са тясно свързани понятия. Химическият метод се основава на промяна на интензивността на окислителния процес и мускулната вибрация. Енергията за загряване на тялото се получава чрез хидролиза на АТФ (аденозин трифосфат). Необходимо е да се трансформират сложните съединения в по-прости. Топлината, която се отделя в този случай, се разсейва в околното пространство. Това е неконтрактилна термогенеза.

В зависимост от температурата на околната среда, метаболизмът може да се ускори или забави, за да поддържа постоянна сърцевина. Човек се чувства най-комфортно при 18-20 градуса по Целзий. Но това е за въздух. Водата провежда топлината по-силно, така че температурата трябва да е по-висока. Мускулите произвеждат най-много топлина по време на аеробна гликолиза. Следователно, когато ни е студено, тялото започва да трепери, за да увеличи производството на топлина. Това състояние се нарича контрактилна термогенеза.

Контрол на терморегулацията

Терморегулацията на мозъка се осъществява по същия начин, както на останалата част от тялото, с тази разлика, че тук се намира центърът, който контролира целия процес. Хипоталамусът съдържа център за терморегулация, който координира скоростта на метаболитните процеси, мускулната контракция и съдовия тонус на кожата.

Чувствителните нервни клетки в тази част на мозъка могат да различат флуктуации до стотни и хилядни от градуса. Те анализират входящата информация и, използвайки принципа на обратната връзка, регулират вътрешната температура, като я настройват в зависимост от външните обстоятелства.

Подчинени на хипоталамуса са щитовидната жлеза и надбъбречните жлези. Първият влияе върху скоростта на метаболизма, а вторият засяга съдовия тонус и окислителните процеси в мускулите. С помощта на невротрансмитери коригира състоянието на тялото в съответствие с обстоятелствата.

За нормалното протичане на физиологичните процеси в човешкото тяло е необходимо да се поддържа почти постоянна температура на вътрешните му органи (приблизително 36,5 ° C). Процесите на регулиране на отделянето на топлина за поддържане на нормална температура на човешкото тяло се наричат ​​терморегулация. С помощта на терморегулацията се поддържа относително динамично постоянство на функциите на тялото при различни метеорологични условия и различна тежест на извършваната работа, което се осигурява чрез установяване на определена връзка между генерирането на топлина (химическа терморегулация)и пренос на топлина (физическа терморегулация).

При анализа на термичното състояние на тялото, в зависимост от климатичните условия на околната среда, бяха отбелязани няколко от най-характерните зони на топлинни ефекти върху тялото и свързаното с тях съотношение на генериране на топлина и пренос на топлина.

На фиг. 3.2 схематично показва промените в генерирането на топлина (на базата на консумацията на кислород). Най-високото ниво на консумация на кислород съответства на зоната с ниски температури на околната среда от -15 до -20 °C. При околни температури от 0 до 15 °C консумацията на кислород намалява. При температура на околната среда от 15 до 25 °C се наблюдава постоянно ниво

Ориз. 3.2.

консумация на кислород (зона на безразличие). При такива температурни условия стабилното топлинно състояние на тялото се осигурява главно от физическата терморегулация. Между 25 и 35 °C има зона на намалена консумация на кислород. А при още по-висока температура (35...45 °C) отново се наблюдава повишено топлоотделяне, което води до повишаване на телесната температура.

Терморегулацията се осъществява биохимично, чрез промяна на интензивността на кръвообращението и изпотяване. В същото време всички видове терморегулация участват едновременно в регулирането на процеса на топлообмен.

Терморегулация чрез биохимични средствасе състои в промяна на интензивността на окислителните процеси, протичащи в човешкото тяло. Външната проява на тези регулаторни процеси е мускулен тремор, който се появява при хипотермия и увеличава генерирането на топлина в тялото.

Терморегулация чрез промяна на интензивността на кръвообращениетосе крие в способността на тялото да регулира обема на доставяната кръв. В този случай кръвта може да се разглежда като носител на топлина от вътрешните органи до повърхността на човешкото тяло. Обемът на кръвта, доставена в тялото, се регулира от стесняването или разширяването на кръвоносните съдове. При високи температури на околната среда периферните кръвоносни съдове се разширяват, притокът на кръв към кожата се увеличава, температурата на кожата се повишава и се увеличава интензивността на топлообмена поради проводимостта, конвекцията и радиацията. При ниски температури се получава обратното явление: кръвоносните съдове се свиват и количеството на кръвоснабдяването на кожата намалява. Следователно предаването на топлина от човешкото тяло към околната среда намалява.

Терморегулация чрез промяна на интензивността на потната секрециясе състои в промяна на преноса на топлина поради изпарение. Загубата на топлина чрез изпарение може да бъде важна за охлаждането на тялото. По този начин при околна температура от 36 °C топлината се предава от човек на околната среда почти изключително чрез изпаряване на потта.

Различават се остри и хронични форми на нарушения на терморегулацията. Остри форми на нарушения на терморегулацията:

• Термична хипертермия -топлообмен при относителна влажност на въздуха 75...80% - леко повишаване на телесната температура, обилно изпотяване, жажда, леко учестяване на дишането и пулса. При по-значително прегряване се появяват и задух, главоболие и световъртеж, затруднява се говорът и др.
• Конвулсивна болест -преобладаването на нарушения във водно-солевия метаболизъм - различни крампи, особено на мускулите на прасеца, и придружени от голяма загуба на пот, силно удебеляване на кръвта. Вискозитетът на кръвта се увеличава, скоростта на нейното движение намалява и следователно клетките не получават необходимото количество кислород.
• Топлинен удар -по-нататъшен ход на конвулсивното заболяване - загуба на съзнание, повишаване на температурата до 40-41 ° C, слаб ускорен пулс. Признак за тежък топлинен удар е пълното спиране на изпотяването.

Топлинният удар и конвулсивното заболяване също могат да бъдат фатални.

Хронични форми на нарушения на терморегулациятаводят до промени в състоянието на нервната, сърдечно-съдовата и храносмилателната система на човека, образувайки производствени заболявания.

Основното изискване, което осигурява нормални условия на живот на човек по време на дълъг престой на закрито, е оптималната комбинация от параметри на микроклимата, която на първо място трябва да елиминира стреса върху механизмите на терморегулация на тялото или да сведе до минимум физиологичните адаптивни възможности на тялото, позволявайки на един за поддържане на здравето и работоспособността.

Отклоненията на индивидуалните параметри на микроклимата от медицински и биологично обосновани стойности могат да доведат до различни заболявания, особено при хора с отслабена имунна система. Например, известно е, че понижаването на температурата предизвиква повишено пренасяне на топлина към околната среда, което предизвиква охлаждане на тялото, намалява защитните му функции и допринася за появата на настинки, напротив - повишаването на температурата води до повишена освобождаване на соли от тялото и нарушение на солевия баланс на тялото също води до намаляване на имунитета, значителна загуба на внимание и следователно значително увеличаване на вероятността от злополука.

Повишаването на влажността на въздуха нарушава баланса на изпарението на влагата от човешкото тяло, което води до нарушаване на терморегулацията с горепосочените последици. От друга страна, намаляването на относителната влажност (до 20 процента или по-малко) нарушава нормалното функциониране на лигавиците на горните дихателни пътища. Високата влажност (85%) усложнява топлообмена между човешкото тяло и външната среда поради намаленото изпаряване на влагата от повърхността на кожата и ниската влажност (

Скоростта на движение на въздуха също е фактор, влияещ върху механизма на терморегулация на тялото. Установено е, че ефектът от въздушния поток зависи от температурата на помещението и влияе върху състоянието на човека със скорост 0,15 m/s. Такова течение при температури под 36 °C има освежаващ ефект и подпомага терморегулацията, а при температури над 40 °C има обратен ефект. Движението на въздуха в производствената зона подобрява топлообмена между човешкото тяло и външната среда, но прекомерната скорост на въздуха (течения) увеличава вероятността от настинки.

Условия на въздуха, които определят оптималния метаболизъм в човешкото тяло и при които няма неприятни усещания и напрежение в системата за терморегулация, а физическата и интелектуалната работоспособност на човека са високи и организмът е устойчив на вредните фактори на околната среда, се наричат комфортни (оптимални) условия.

Наричат ​​се условия, при които се нарушава нормалното топлинно състояние на човек неудобно.Дефинират се състояния на лек дискомфорт™ приемливостойности на параметрите на микроклимата. При превишаване на допустимите стойности на микроклиматичните параметри човек изпитва силен дискомфорт и настъпва прегряване или хипотермия.

Въпрос No4

1) Топлинен баланс на тялото

Уравнение на топлинния баланс: M±QT ± QC ± QR – QE = 0

M - производство на топлина (количеството топлина, което се отделя в тялото на ден).

Знак „+“, ако температурата на околната среда е по-висока от температурата на кожата.

Знак „-“, ако температурата на кожата е по-висока от температурата на околната среда.

1. Топлопроводимост - QT 2. Конвекция - QC 3. Радиация - QR 4. Изпарение - QE

Тялото на всяко живо същество непрекъснато генерира топлина. Тази топлина трябва да се отдели в околната среда, в противен случай тялото ще прегрее и ще умре. Твърде бързото пренасяне на топлина обаче е опасно за тялото - води до хипотермия. Ето защо е важно да се осигури най-благоприятната скорост на топлообмен при всякакви условия. Трябва да се има предвид, че топлообменът се осъществява чрез редица механизми, с които лекарят трябва да е добре запознат.

Основната част от топлината се отделя в мускулите и вътрешните органи, докато топлината се пренася от повърхността на тялото (от кожата). Тъкани Тялото е лош проводник на топлина, така че почти цялата топлина се пренася отвътре към повърхността чрез кръвния поток. Кожата и подкожната тъкан съдържат голям брой кръвоносни съдове. Когато кръвта преминава през тях, тя отделя топлина навън.

2) Основните методи за топлообмен в тялото.

Топлопроводимост- Това е пренос на топлина поради повишено молекулярно движение в дадено вещество.

Не е трудно да се получи формула за пренос на топлина чрез топлопроводимост. Оставете топлината да тече през слой от вещество (тъкан, стена и т.н.). (13)

Нека означим дебелината на слоя с x , и областта С.Отляво е температурата T 1 , и отдясно (нека T 1> T 2 ). Очевидно количеството топлина Q е преминало през слоя във времето T, е право пропорционална на разликата в температурата, площта и времето и обратно пропорционална на дебелината на слоя. Освен това е необходимо да се вземат предвид свойствата на веществото; За да направите това, се въвежда коефициентът на топлопроводимост K.

Конвекциянаречен пренос на топлина, свързан с движението на газ или течност. Например, поток от топъл въздух се издига нагоре от всеки човек, на мястото на който студен въздух тече отстрани. Същото се случва около всяко нагрято тяло, например отоплителен радиатор. Този вид топлообмен се нарича естествена конвекция; Не е много ефективен за хората. Значително повече топлина се отвежда, когато принудителна конвекциякогато движението на въздуха се създава от външна причина (вентилатор, вятър). В този случай конвекцията може да се превърне в основна причина за загуба на топлина.

Количеството топлина, загубено от тялото поради конвекция може да се изчисли и по формула (13), но коефициентът k в този случай ще зависи преди всичко от скоростта на движение на въздуха.

Иоблъчванесъщо играе важна роля в преноса на топлина. При нормални стайни условия (включително класни стаи) хората губят до 60% от топлината си чрез радиация. Човешкото лъчение се намира в областта на инфрачервените лъчи (дължини на вълните в диапазона 3 – 20 микрометра).

Количеството топлина, загубено от тялото поради радиация, се изчислява по формулата:

Q ИЗЛ = σ ·( T 1 4 – T 2 4 ). С . T (14).

Тук σ = 5.6.10 –8 (в системата SI; няма нужда да помните числото), T 1 е температурата на повърхността на тялото, T 2 е температурата на околните тела. Тук обаче трябва да се отбележи следното. Въздухът е почти прозрачен за инфрачервените лъчи лъчи, следователно за T2 е необходимо да се вземе не температурата на въздуха в помещението, а температурата на стените и тя може да бъде значително по-ниска от температурата на въздуха. Например, много реална ситуация е, когато термометърът, който лежи на масата, показва повече от 20 0 C (т.е. температурата на въздуха), а хората в стаята замръзват, защото стените са студени.

При високи външни температури топлообменът излиза на преден план поради изпарение. Когато външната температура се доближи до телесната, всички горепосочени методи за пренос на топлина не работят, тъй като температурната разлика, от която зависи преносът на топлина, става малка или дори може да стане отрицателна.

Количеството топлина, отделено от тялото поради изпарение, може да се изчисли по формулата:

Q COI = Л · м (15),

Където м– маса на изпарената вода, Л – специфична топлина на изпарение на водата (2.25.10 6 J.kg –1; няма нужда да помните числото). При хората изпарението е свързано главно с изпотяване; Освен това важна роля играе изпарението на водата в белите дробове. Трябва да се подчертае, че трябва да се вземе предвид количеството изпаренвода, защото не цялата пот се изпарява. Тук влажността на въздуха и скоростта на неговото движение са много важни.

При умерени и ниски температури изпарението също отнема част от топлината (главно поради изпарението в белите дробове), но конвекцията и радиацията са по-важни.

3) Температурна хомеостаза.

Телесната температура на хората и много животни се поддържа постоянна с доста висока точност. Това свойство на организма се нарича температурахомеостаза.

4) Методи на терморегулация.

Постоянността на телесната температура се осигурява от енергията, развита по време на еволюцията. система за терморегулация.Има химична и физическа терморегулация.

химическиТерморегулацията се основава на промяна на скоростта и характера на биологичното окисление. Например, когато тялото е хипотермично, се отделят хормони, които ускоряват окисляването. Освен това има разрив между окислението и синтеза на АТФ: не 50% от енергията, освободена по време на окислението, се използва за синтеза на АТФ, а по-малко. Съответно по-голям процент от енергията се превръща в топлина; тялото се загрява. Въпреки това, промяната в естеството на биологичното окисление има неблагоприятен ефект върху състоянието на тялото, следователно, като правило, химическата терморегулация се активира само в екстремни ситуации.

Физическитерморегулацията (която играе основна роля в повечето случаи) се осъществява чрез промяна на естеството на кръвообращението. Когато телесната температура спадне, артериолите и малките артерии в кожата и подкожната тъкан се стесняват. Притокът на кръв към повърхността на тялото намалява (това се проявява в избелване на кожата). В резултат на това се намалява преносът на топлина от вътрешните органи и мускулите към повърхността на тялото и преносът на топлина в околната среда. С повишаване на телесната температура кръвоносните съдове се разширяват (кожата се зачервява), а при повишен кръвен поток се увеличава топлоотдаването. Например, в пръстите, количеството кръв, която тече в зависимост от температурата, може да се промени стотици пъти! При повишаване на температурата повишеното изпотяване също е важно.