Що таке процес терморегуляції? Механізми терморегуляції тіла. Порушення терморегуляції організму: причини, симптоми та лікування

ТЕРМОРЕГУЛЯЦІЯ І ЗДОРОВ'Я

Ареал проживання людини поширюється від полюсових зон, де температура повітря часом досягає -86 ° С, до екваторіальних саван і пустель, в найбільш спекотних ділянках яких вона наближається до +50 ° С в тіні! Проте в такому широкому діапазоні температур людина зберігає активну життєздатність та достатню працездатність завдяки своїй термостабільності, коли температура тіла коливається відносно вузьких межах – від 36 до 37°С.

Гомойотерміясталість температури тіла – робить людину незалежною від температурних умов проживання, оскільки біохімічні реакції, що забезпечують її життєдіяльність, продовжують здійснюватися на оптимальному рівні завдяки збереженню адекватної активності тканинних ферментів і вітамінів, що їх забезпечують, що каталізують і активують окремі сторони обміну речовин, тканинних гормонів, нейромедіаторів та інших речовин. , яких залежить нормальна діяльність організму. Зміщення температури в той чи інший бік різко змінює активність цих речовин, причому в різному ступені для кожного з них - в результаті настає роз'єднання в активності перебігу окремих сторін обміну речовин. У тварин пойкілотермних, холоднокровних, температура тіла яких визначається навколишньою температурою (підвищується або знижується разом з останньою), активність їх тканинних ферментів як біологічних каталізаторів змінюється разом із зміною зовнішніх теплових умов. Ось чому при зниженні температури ступінь прояву їх життєдіяльності знижується аж до повної зупинки - так званий анабіоз, а при дуже високій - або настає смерть, або висушування, яке в деяких пойкілотерм є також різновидом анабіозу. Так, зі зміною зовнішньої температури життєдіяльність деяких комах (саранча) може відновлюватися як після замерзання до температури рідкого азоту (-189 ° С), так і після висушування. Описано випадок пожвавлення, хоч і короткочасного, гігантського тритону, що замерз у льодовику, на думку фахівців, принаймні близько 5000 років тому.

Таким чином, здатність зберігати незмінною температуру тіла за різних умов існування робить теплокровними незалежними від обставин природи та здатними зберігати високий рівень життєздатності. Така здатність обумовлена ​​складною системою терморегуляції, що забезпечує зменшення вироблення тепла та активну його віддачу при небезпеці перегрівання та активізацію термогенезу при обмеженні віддачі тепла – при небезпеці переохолодження.

Статистика показує, що у Росії з усіх випадків тимчасової втрати працездатності понад 40% посідає застудні захворювання, що дає підставу обивателю вважати систему терморегуляції недосконалої. Однак є багато фактів, що вказують на високу природну стійкість людини до низьких температур. Так, йоги-респи змагаються при температурі нижче -20 ° С у швидкості висушування мокрих простирадлом теплом свого тіла, сидячи голяком на льоду замерзлого озера. Стали традиційними пропливи спеціально підготовлених плавців через Берінгову протоку з Аляски на Чукотку (більше 40 км) за температури води +4°С – +6°С. Якути натирають новонароджених снігом, а остяки і тунгуси занурюють їх у сніг, обливають холодною водою і потім закутують у оленячі шкури... У такому разі, мабуть, швидше слід говорити про перекручення досконалих механізмів терморегуляції людини далекими від умов, що сформували їх в еволюції. життя сучасної людини, ніж про недосконалість самих механізмів.

У той час як більшість функцій життєдіяльності – кровообіг, дихання, травлення та ін – мають якийсь специфічний структурно-функціональний апарат, терморегуляція такого органу не має і є функцією всього організму загалом.

Відповідно до запропонованої І. П. Павловим схемою, організм теплокровного можна у вигляді відносно термостабільного «ядра» і має великий розкид температур «оболонки». Ядро, температура якого коливається в межах 36,8-37,5 ° С, включає переважно життєво важливі внутрішні органи: серце, печінка, шлунок, кишечник і т.д. Особливо слід відзначити роль печінки, що має відносно високу температуру - вище 37,5 ° С, і товстого кишечника, мікрофлора якого в процесі своєї життєдіяльності виробляє багато тепла, що забезпечує підтримання температури тканин, що прилягають. Термолабільну оболонку складають кінцівки, шкірні та підшкірні тканини, м'язи тощо. Температура різних ділянок оболонки коливається у межах. Так, температура пальців ніг становить близько 24°С, гомілковостопного суглоба – 30–31°С, кінчика носа – 25°С, пахвової западини, прямої кишки – 36,5–36,9°С тощо. Проте температура оболонки дуже рухлива, що визначається умовами життєдіяльності та станом організму, тому і товщина її може змінюватися від дуже тонкої при жарі до дуже потужної, що стискає ядро ​​– при холоді. Такі взаємини ядра і оболонки обумовлені тим, що перша переважно виробляє тепло (спокій), а друга – повинна забезпечувати збереження цього тепла. Саме цим пояснюється те, що у загартованих людей оболонка на холоді швидко і надійно обволікає ядро, зберігаючи оптимальні умови для підтримки діяльності життєво важливих органів і систем, а у незагартованих оболонка і в цих умовах залишається тонкою, створюючи загрозу переохолодження ядра (так, при зниженні температури легень лише на 0,5°С виникає загроза пневмонії).

Термостабільність організму забезпечується переважно двома взаємодоповнювальними механізмами регуляції – фізичним і хімічним. Фізична терморегуляціяпереважно активізується при небезпеці перегрівання і полягає у віддачі тепла у навколишнє середовище. При цьому включаються всі можливі механізми тепловіддачі: тепловипромінювання, теплообмін, конвекція та випаровування. Тепловипромінювання здійснюється за рахунок інфрачервоних променів, що виходять від шкіри, що має високу температуру. Теплопроведення реалізується за рахунок різниці температур між шкірою та навколишнім повітрям. Збільшення цієї різниці здійснюється за рахунок гіперемії – розширення шкірних судин та припливу сюди більшої кількості теплої крові від внутрішніх органів, через що і забарвлення шкіри при жарі стає рожевим. При цьому ефективність тепловіддачі визначається теплопровідністю та теплоємністю зовнішнього середовища: так, ці показники у відповідних температурах для води у 20–27 разів вищі, ніж повітря. Звідси стає зрозумілим, чому термокомфортна температура повітря для людини становить близько 18°С, а води – 34°С. Тепловіддача за рахунок випаровування поту є дуже ефективною, тому що при випаровуванні 1 мл поту з поверхні тіла організм втрачає 0,56 ккал тепла. Якщо врахувати, що доросла людина виробляє навіть в умовах низької рухової активності близько 800 мл поту, стає зрозумілою ефективність цього способу.

У різних умовах життєдіяльності співвідношення втрат тепла у той чи інший спосіб помітно змінюється. Так, у спокої і при оптимальній температурі повітря організм 31% тепла, що утворюється, втрачає проведенням, 44% - випромінюванням, 22% - випаром (у тому числі і за рахунок вологи з дихальних шляхів) і 3% - конвекцією. При сильному вітрі зростає роль конвекції, у разі підвищення вологості повітря – проведення, а за посиленої роботі – випаровування (наприклад, при напруженої рухової активності випаровування поту часом досягає 3–4-х літрів на годину!).

Ефективність тепловіддачі організму винятково висока. Біофізичні розрахунки показують, що порушення цих механізмів навіть у людини, яка перебуває у спокої, призвела б до підвищення температури його тіла протягом години до 37,5°С, а через 6 годин – до 46–48°С, коли починається незворотне руйнування білкових структур.

Хімічна терморегуляціянабуває особливого значення при небезпеці переохолодження організму. Втрата людиною щодо тварин вовняного покриву зробила його особливо чутливою до дії низьких температур, про що свідчить той фактор, що у людини холодових рецепторів майже в 30 разів більше, ніж теплових. Водночас удосконалення механізмів адаптації до холоду призвело до того, що зниження температури тіла людина переносить набагато легше, ніж її підвищення. Так, грудні діти легко переносять зниження температури тіла на 3–5°С, але тяжко – підвищення на 1–2°С. Доросла людина без будь-яких наслідків переносить переохолодження до 33-34 ° С, але втрачає свідомість при перегріванні від зовнішніх джерел до 38,6 ° С, хоча при лихоманці від інфекції може зберегти свідомість і при 42 ° С. Водночас відмічені випадки пожвавлення замерзлих людей, температура шкіри яких опускалася нижче за точку замерзання.

Суть хімічної терморегуляції полягає у зміні активності обмінних процесів в організмі: за високої зовнішньої температури вона знижується, а за низької – зростає. Дослідження показують, що при зниженні навколишньої температури на 1°С у оголеної людини у спокої активність метаболізму зростає на 10%. (Однак виключення наркозом і так званими нейролептиками вищих регуляторних механізмів термостабільності у теплокровних робить їх залежними від навколишньої температури, і при охолодженні температури тіла до 32°С споживання ними кисню знижується до 50%, при 20°С –до 20%, а при +1°С -до 1% від вихідного рівня.)

Особливе значеннядля підтримки температури тіла відіграє тонус скелетних м'язів, що зростає при зниженні навколишньої температури та знижується – при потеплінні. Показово, що ці процеси протікають тим активніше, чим небезпечніше порушення термостабільності. Так, при температурі повітря 25-28 ° С (і особливо в поєднанні з високою вологістю) м'язи значною мірою розслаблені, і відтворювані ними теплова енергіянікчемна. Навпаки, при небезпеці переохолодження все більшого значення набуває тремтіння – нескоординовані скорочення м'язових волокон, коли зовнішня механічна робота практично повністю відсутня, і майже вся енергія волокон, що скорочуються, переходить в теплову енергію (це явище отримало назву нескоротливого термогенезу). Немає нічого дивного тому в тому, що при тремтіння теплопродукція організму може зрости більш ніж утричі, а при напруженій фізичній роботі – у 10 і більше разів.

Безсумнівне значення в хімічній терморегуляції відіграють і легені, які за рахунок зміни активності обміну висококалорійних жирів, що входять до їх структури, підтримують відносно постійну свою температуру, - саме тому при високій зовнішній температурі кров, що відтікає від легень, прохолодніше, а при низькій - тепліше вдихуваного повітря.

Фізичний та хімічний механізми терморегуляції працюють з високим ступенем узгодження завдяки наявності в ЦНС відповідного центру в області проміжного мозку (гіпоталамус). Ось чому за високої температури довкілля, з одного боку, посилюється тепловіддача (з допомогою підвищення температури шкіри, активізації дихання, посилення процесів випаровування поту тощо.), з другого – знижується теплопродукція (з допомогою зниження тонусу м'язів, початку засвоєння організмом менш энергосодержащих продуктів); при низьких температурах - навпаки: зростає теплопродукція і знижується тепловіддача.

Таким чином, досконалі механізми терморегуляції людини дозволяють підтримувати оптимальну життєздатність у широкому діапазоні зовнішніх температур.

У теплокровних тварин та людини (т.зв. гомойотермних організмів), на відміну від холоднокровних (або пойкілотермних), постійна температура тіла є обов'язковою умовою існування, одним із кардинальних параметрів гомеостазу (або сталості) внутрішнього середовища організму.

Фізіологічні механізми, що забезпечують тепловий гомеостаз організму (його "ядра"), поділяються на дві функціональні групи: механізми хімічної та фізичної терморегуляції. Хімічна терморегуляція є регуляцією теплопродукції організму. Тепло постійно виробляється в організмі у процесі окислювально-відновних реакцій метаболізму. При цьому частина його віддається у зовнішнє середовище тим більше, чим більша різниця температури тіла та середовища. Тому підтримання стійкої температури тіла при зниженні температури середовища вимагає відповідного посилення процесів метаболізму та супроводжуючого їх теплоутворення, що компенсує тепловтрати та призводить до збереження загального теплового балансу організму та підтримання сталості внутрішньої температури. Процес рефлекторного посилення теплопродукції у відповідь зниження температури навколишнього середовища і носить назву хімічної терморегуляції. Виділення енергії як тепла супроводжує функціональне навантаження всіх органів прокуратури та тканин і властиво всім живим організмам. Специфіка організму людини полягає в тому, що зміна теплопродукції як реакція на температуру, що змінюється, представляє у них спеціальну реакцію організму, що не впливає на рівень функціонування основних фізіологічних систем.

Специфічне терморегуляторне теплоутворення зосереджено переважно у скелетній мускулатурі та пов'язане з особливими формами функціонування м'язів, які не зачіпають їх пряму моторну діяльність. Підвищення теплоутворення при охолодженні може відбуватися і в м'язі, що покоїться, а також при штучному вимиканні скорочувальної функції дією специфічних отрут.

Один з найпростіших механізмів специфічного терморегуляторного теплоутворення в м'язах - так званий терморегуляційний тонус. Він виражений мікроскорочення фібрил, що реєструються у вигляді підвищення електричної активності зовні нерухомого м'яза при її охолодженні. Терморегуляційний тонус підвищує споживання кисню м'язом часом більш ніж на 150%. При сильнішому охолодженні поряд з різким підвищенням терморегуляційного тонусу включаються видимі скорочення м'язів у формі холодового тремтіння. Газообмін при цьому зростає до 300-400%. Характерно, що з частки участі у терморегуляторному теплоутворенні м'язи нерівноцінні.

При тривалому впливі холоду скорочувальний тип термогенезу може бути тією чи іншою мірою заміщений (або доповнений) перемиканням тканинного дихання в м'язі на так званий вільний (нефосфорилуючий) шлях, при якому випадає фаза утворення та подальшого розщеплення АТФ. Цей механізм не пов'язаний із скорочувальною діяльністю м'язів. Загальна маса тепла, що виділяється при вільному диханні, практично така ж, як і при дріжджовому термогенезі, але при цьому більша частина теплової енергії витрачається негайно, а окисні процеси не можуть бути загальмовані недоліком АДФ або неорганічного фосфату.

Остання обставина дозволяє безперешкодно підтримувати високий рівень теплоутворення протягом тривалого часу.

Зміни інтенсивності обміну речовин, викликані впливом температури середовища на організм людини, закономірні. У певному інтервалі зовнішніх температур теплопродукція, що відповідає обміну організму, повністю компенсується його "нормальною" (без активної інтенсифікації) тепловіддачею. Теплообмін організму із середовищем збалансований. Цей температурний інтервал називають термонейтральною зоною. Рівень обміну у цій зоні мінімальний. Нерідко говорять про критичну точку, маючи на увазі конкретне значення температури, при якому досягається тепловий баланс із середовищем. Теоретично це правильно, але експериментально встановити таку точку практично неможливо через постійні незакономірні коливання метаболізму і нестабільність теплоізолюючих властивостей покривів.

Зниження температури середовища за межі термонейтральної зони викликає рефлекторне підвищення рівня. Обмін речовин і теплопродукції до врівноваження теплового балансу організму в нових умовах. Внаслідок цього температура тіла залишається незмінною.

Підвищення температури середовища межі термонейтральної зони також викликає підвищення рівня обміну речовин, що викликано включенням механізмів активізації віддачі тепла, потребують додаткових витрат енергії свою роботу. Так формується зона фізичної терморегуляції, протягом якої температура залишається стабільною. Після досягнення певного порога механізми посилення тепловіддачі виявляються неефективними, починається перегрів і зрештою загибель організму.

Ще 1902 р. Рубнер запропонував розрізняти два типи цих механізмів - терморегуляцію " хімічну " і " фізичну " . Перша пов'язана зі зміною теплопродукції в тканинах (напругою хімічних реакцій обміну), друга – характеризується тепловіддачею та перерозподілом тепла. Поряд із кровообігом важлива роль у фізичній терморегуляції належить потовиділенню, тому особлива функція тепловіддачі належить шкірі - тут відбувається остигання нагрітої в м'язах або в "ядрі" крові, тут реалізуються механізми потоутворення та потовиділення.

ь У "нормі" теплопроводом можна знехтувати, т.к. теплопровідність повітря низька. Теплопровідність води у 20 разів вища, тому тепловіддача проведенням відіграє значну роль і стає суттєвим фактором переохолодження у разі вологого одягу, сирих шкарпеток тощо.

ü Більш ефективна тепловіддача шляхом конвекції (тобто переміщенням частинок газу або рідини, змішування їх нагрітих шарів з охолодженими). У повітряному середовищі навіть за умов спокою на тепловіддачу конвекцією доводиться до 30% втрат тепла. Роль конвекції на вітрі або під час руху людини ще більше зростає.

ь Передача тепла випромінюванням від нагрітого тіла до холодного здійснюється згідно із законом Стефана-Больцмана і пропорційна різниці четвертих ступенів температури шкіри (одягу) та поверхні навколишніх предметів. Цим шляхом в умовах "комфорту" роздягнена людина віддає до 45% теплової енергії, але для тепло одягненої людини особливої ​​ролі втрати випромінюванням не грають.

ü Випаровування вологи зі шкіри та поверхні легенів також ефективний шлях тепловіддачі (до 25%) в умовах "комфорту". В умовах високої температури навколишнього середовища та інтенсивної м'язової діяльності тепловіддача випаровуванням поту грає домінуючу роль - з 1 грамом поту виноситься 0,6 ккал енергії. Неважко підрахувати загальний обсяг тепла, що втрачається з потом, якщо врахувати, що в умовах інтенсивної м'язової діяльності людина за восьмигодинний робочий день може віддати до 10 - 12 літрів рідини. На холоді втрати з потом у добре одягненої людини невеликі, але і тут треба враховувати тепловіддачу за рахунок дихання. При цьому процесі поєднуються відразу два механізми тепловіддачі - конвекція та випаровування. Втрати тепла та рідини з диханням досить значні, особливо за інтенсивної м'язової діяльності в умовах низької вологості атмосферного повітря.

Істотним фактором, що впливає на процеси терморегуляції, є вазомоторні (судинно-рухові) реакції шкіри. При максимально вираженому звуженні судинного русла втрати можуть знизитися на 70%, при максимальному розширенні - зрости на 90%.

Видові відмінності хімічної терморегуляції виражаються у різниці рівня основного (у зоні термонейтральності) обміну, положення та ширини термонейтральної зони, інтенсивності хімічної терморегуляції (підвищення обміну при зниженні температури середовища на 1”С), а також у діапазоні ефективної дії терморегуляції. Усі ці параметри відображають екологічну специфіку окремих видів та адаптивним чином змінюються залежно від географічного положення регіону, сезону року, висоти над рівнем моря та низки інших екологічних факторів.

Регуляторні реакції, спрямовані на збереження постійної температури тіла під час перегріву, представлені різними механізмами посилення тепловіддачі у зовнішнє середовище. Серед них широко поширена і має високу ефективність тепловіддачі шляхом інтенсифікації випаровування вологи з поверхні тіла або (і) верхніх дихальних шляхів. При випаровуванні вологи витрачається тепло, що може сприяти збереженню теплового балансу. Реакція включається при ознаках перегріву організму, що починається.

Отже, адаптивні зміни теплообміну в організмі людини можуть бути спрямовані не тільки на підтримку високого рівня обміну речовин, як у більшості людей, але і на встановлення низького рівня в умовах, що загрожують виснаженням енергетичних резервів.

Регуляція температури полягає у відповідності процесів теплопродукції (хімічна терморегуляція) та тепловіддачі (фізична терморегуляція).
Процеси теплопродукції.В усіх органах внаслідок процесів обміну речовин відбувається теплопродукція. Тому кров, яка відтікає від органів, як правило, має більш високу температуру, ніж та, що припливає. Але роль різних органів у теплопродукції різна. У стані спокою на печінку припадає близько 20% загальної теплопродукції, на інші внутрішні органи – 56%, на – 20%, при фізичному навантаженні на скелетні м'язи – до 90%, на внутрішні органи – лише 8%.
Таким чином, потужним резервним джерелом теплопродукції є м'язи при їх скороченні. Зміна активності їхнього метаболізму при локомоціях - основний механізм теплопродукції. Серед різних локомоцій можна назвати кілька етапів участі м'язів у теплопродукції.
1. Терморегуляційний тонус.У цьому м'язи не скорочуються. Підвищуються лише їх тонус та метаболізм. Цей тонус виникає взагалі у м'язах шиї, тулуба та кінцівок. Внаслідок цього теплопродукція підвищується на 50-100%.
2. Тремтіння виникає неусвідомлено і полягає в періодичній активності високопорогових рухових одиниць на тлі терморегуляційного тонусу.При тремтіння вся енергія спрямовано лише збільшення теплоутворення, тоді як із звичайних локомоциях частина енергії витрачається на переміщення відповідної кінцівки, а частина - на термогенез. При тремтінні теплопродукція підвищується в 2-3 рази. Тремтіння починається часто з м'язів шиї, обличчя. Це пояснюється тим, що насамперед має підвищитись температура крові, яка тече до головного мозку.
3. Довільні скорочення полягають у свідомому підвищенні скорочення м'язів.Це спостерігається в умовах низької зовнішньої температури, коли перших двох етапів замало. При довільних скороченнях теплопродукція може збільшитися в 10-20 разів.
Регуляція теплопродукції у м'язах дов'язана з впливом а-мотонейронів на функцію та метаболізм/м'язів, в інших тканинах – симпатичної нервової системи та катехоламінів (підвищують інтенсивність метаболізму на 50%) та дією гормонів, особливо тироксину, який підвищує теплопродукцію майже вдвічі.
Значна роль у термогенезі ліпідів, які виділяють при гідролізі значно більше енергії (9,3 ккал/г), ніж вуглеводи (4,1 ккал/г). Особливого значення, зокрема в дітей віком, має бурий жир.
Процеси тепловіддачівідбувається наступними шляхами - радіація, конвекція, випаровування та теплопровідність.
Радіація відбувається за допомогою інфрачервоного довгохвильового випромінювання. Для цього потрібен градієнт температур між теплою шкірою та холодними стінами та іншими предметами навколишнього середовища. Таким чином, величина радіації залежить від температури та поверхні шкіри.
Теплопровідність здійснюється за безпосереднього контакту тіла з предметами (стілець, ліжко тощо). При цьому швидкість передачі тепла від більш нагрітого тіла до менш нагрітого предмета визначається температурним градієнтом та їх термопровідністю. Віддача тепла цим шляхом значно (в 14 разів) збільшується під час перебування людини у воді. Частково шляхом проведення тепло передається від внутрішніх органів поверхні тіла. Але цей процес гальмується через низьку теплопровідність жиру.
Конвекційний шлях.Повітря, яке контактує з поверхнею тіла, за наявності градієнта температур нагрівається. При цьому воно стає легшим і, піднімаючись від тіла, звільняє місце нових порцій повітря. Таким чином, воно забирає частину тепла. Інтенсивність природної конвекції може бути збільшена за рахунок додаткового руху повітря, зменшення перешкод при надходженні до тіла (відповідним одягом).
Випаровування поту.При кімнатній температурі роздягненої людини близько 20% тепла віддається за рахунок випаровування.
Теплопровідність, конвекція та випромінювання є пасивними шляхами тепловіддачі, що базуються на законах фізики. Вони ефективні лише за збереження позитивного температурного градієнта. Чим менша різниця температури між тілом та навколишнім середовищем, тим менше тепла віддається. При однакових показниках або за високої температури навколишнього середовища згадані шляхи не тільки не ефективні, але при цьому відбувається нагрівання тіла. У цих умовах в організмі спрацьовує лише один механізм віддачі тепла, пов'язаний з процесами потовиділення та потовіпарування. Тут використовуються як фізичні закономірності (витрати енергії на процес випаровування), так і біологічні (потовиділення). Охолодження шкіри сприяє те, що для випаровування 1 мл поту витрачається 0,58 ккал. Якщо не відбувається
випаровування поту, то ефективність тепловіддачі різко знижується. М
Швидкість випаровування щоту залежить від градієнта температури та насичення водяною парою навколишнього повітря. Що вище вологість, то менш ефективним стає цей шлях тепловіддачі. Різко зменшується результативність тепловіддачі при знаходженні у воді або щільному одязі. При цьому організм змушений компенсувати відсутність потовіпарування за рахунок збільшення потовиділення.
Випаровування має два механізми:а) перспірація – без участі потових залоз; б) випаровування – за активної участі потових залоз.
Перспірація- випаровування води з поверхні легень, слизових оболонок, шкіри, яка завжди волога. Це випаровування не регулюється, воно залежить від градієнта температур та вологості навколишнього повітря, його величина становить близько 600 мл/добу. Чим вища вологість, тим менш ефективний цей вид тепловіддачі.
Механізм секреції поту. Потова залоза складається з двох частин: власне залози, яка розташована в субдермальному шарі, та вивідних проток, що відкриваються на поверхні шкіри. У залозі утворюється первинний секрет, а протоках завдяки реабсорбції формується вторинний секрет - піт.
Первинний секрет подібний до плазми крові. Різниця полягає в тому, що в цьому секреті немає білків та глюкози, менше Na+. Так, у початковому поті концентрація натрію становить близько 144 нмоль/л, хлору – 104 нмоль/л. Ці іони активно абсорбуються при проходженні поту вивідними протоками, що забезпечує абсорбцію води. Процес абсорбції багато в чому залежить від швидкості освіти і просування тому, що ці процеси активні, тим більше Na + і Сl-залишається. При сильному потовиділенні поту може залишатися до половини концентрації цих іонів. Сильне потоутворення супроводжується збільшенням концентрації сечовини (до 4 разів вище, ніж у плазмі) та калію (до 1,2 раза більше, ніж у плазмі). Сумарна висока концентрація іонів, утворюючи високий рівень осмотичного тиску, забезпечує зниження реабсорбції та виділення з потом великої кількості води.
При сильному потовиділенні може витрачатися багато NaCl (до 15-30 г/добу). Однак в організмі діють механізми, що забезпечують збереження цих важливих іонів при великому потовиділенні. Вони беруть участь у процесах адаптації, зокрема, альдостерон посилює реабсорбцію Na+.
Функції потових залоз регулюються спеціальними механізмами. На їхню активність впливає симпатична нервова система, але медіатором тут ацетилхолін. Секреторні клітини, крім М-холінорецепторів, мають також адренорецептори, які реагують на катехоламіни крові. Активізація функції потових залоз супроводжується збільшенням кровопостачання.
Кількість поту, що виділяється, може досягати 1,5 л/год, а в адаптованих людей - до 3 л/год.
При кімнатній температурі в роздягненій людині близько 60% тепла віддається за рахунок радіації, близько 12-15% – конвекції повітря, близько 20% – випаровування, 2-5% – теплопровідності. Але це співвідношення залежить від низки умов, зокрема від температури довкілля.
Головну роль регуляції процесів тепловіддачі відіграють зміни кровопостачання шкіри. Звуження судин шкіри, відкриття артеріовенозних анастомозів сприяє меншому припливу тепла від ядра до оболонки та збереженню його в організмі. Навпаки, при розширенні судин шкіри її температура може підвищуватись на 7-8°С. При цьому збільшується і тепловіддача.
Умовно шкіру можна назвати радіаторною системоюорганізму. Кровоток у шкірі може змінюватись від 0 до 30% МОК. Тонус судин шкіри контролюється симпатичною нервовою системою.
Таким чином, температура тіла - баланс між процесами теплопродукції та тепловіддачі. Коли теплопродукція переважає тепловіддачу, температура тіла підвищується і, навпаки, якщо тепловіддача вище, ніж теплопродукція, температура організму знижується.

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

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

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

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

Б. Ядро та зовнішня оболонка тіла.

З погляду терморегуляції тіло людини можна уявити з двох компонентів - зовнішньої оболонкита внутрішнього ядра.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Г. Поняття терморегуляції організму.

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

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

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

Шкірні терморецептори.

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

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

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

Д. Види терморегуляції.

Терморегуляцію можна розділити на два основні види:

1. Фізична терморегуляція:

Випаровування (потовиділення);

Випромінювання (радіація);

Конвекція.

2. Хімічна терморегуляція.

Скорочувальний термогенез;

Нескоротливий термогенез.

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

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

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

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

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

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

Розглянемо ці види терморегуляції.

Фізична терморегуляція:

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

Випаровування (потовиділення);

Випромінювання (радіація);

Теплопроведення (кондукція);

Конвекція.

Розглянемо їх докладніше:

1. Випаровування (потовиділення):

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

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

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

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

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

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

Випаровування поділяється на 2 види:

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

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

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

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

2. Випромінювання (радіація):

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

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

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

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

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

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

3. Теплопроведення (кондукція):

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

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

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

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

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

4. Конвекція:

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

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

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

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

Хімічна терморегуляція:

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

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

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

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

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

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

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

1. Скорочувальний термогенез.

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

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

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

При більш значному переохолодженні терморегуляційний тонус перетворюється на особливий вид м'язових скорочень. м'язове холодове тремтіння, при якій м'язи не здійснюють корисної роботи і їх скорочення спрямоване виключно на вироблення тепла. підвищення теплоутворення. Тремтіння починається часто з м'язів шиї, обличчя. Це пояснюється тим, що перш за все повинна підвищитися температура крові, яка тече до головного мозку. Вважається, що теплопродукція при холодовому тремтіння в 2-3 рази вище, ніж при довільній м'язовій діяльності.

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

2. Нескоротний термогенез:

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

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

Е. Управління терморегуляцією.

Гіпоталамус.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ендокринна система.

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

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

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

Терморегуляція пов'язана з механізмами регулювання рівня теплопродукції (хімічне регулювання) та тепловіддачі (фізичне регулювання). Баланс теплопродукції та тепловіддачі контролюється гіпоталамусом, що інтегрує сенсорні, вегетативні, емоційні та моторні компоненти адаптивної поведінки.

Сприйняття температури здійснюється рецепторними утвореннями поверхні тіла (шкірними рецепторами) та глибинними температурними рецепторами у дихальних шляхах, судинах, внутрішніх органах, у міжм'язових нервових сплетеннях ШКТ. По аферентним нервам імпульси від цих рецепторів надходять до центру терморегуляції у гіпоталамусі. Він активує різні механізми, що забезпечують теплопродукцію або тепловіддачу. Механізм зворотного зв'язку за участю нервової системи та кровотік змінюють чутливість температурних рецепторів (рис. 15.4, 15.5). Термочутливі утворення розташовані також у різних областях ЦНС – у моторній корі, у гіпоталамусі, в області стовбура мозку (ретикулярної формації, довгастому мозку) та спинному мозку.

У гіпоталамусі, який іноді називають «термостатом організму», існує не тільки центр, що інтегрує різні сенсорні імпульси, пов'язані з інформацією про те-

Рис. 15.4.

ловому балансі організму, а й центр регуляції рухових реакцій, що контролюють зміни температурного режиму. Після порушення функцій гіпоталамуса здатність до регулювання температури тіла втрачається.

З переднім гіпоталамусом пов'язаний контроль регуляції тепловіддачі для запобігання перегріванню - його нейрони чутливі до температури крові, що протікає. При порушенні роботи цього центру зберігається контроль за температурою тіла в холодному середовищі, але у спеку він відсутній і температура тіла значно підвищується.

Інший центр терморегуляції, розташований у задньому гіпоталамусі, контролює величину теплопродукції.

Рис. 15.5.Участь нервової системи в терморегуляції і тим самим запобігає надмірному охолодженню. Порушення роботи цього центру знижує здатність до посилення енергетичного обміну в холодному середовищі і температура тіла падає.

Передача тепла із внутрішніх областей тіла до кінцівок внаслідок зміни об'єму кровотоку є важливим засобом регулювання тепловіддачі через вазомоторні реакції. Кінцівки витримують набагато більший діапазон температур, ніж внутрішні області тіла, і утворюють прекрасні температурні віддушини, тобто. місця, які можуть забезпечити втрату більших чи менших кількостей тепла залежно від припливу тепла із внутрішніх областей тіла через кровотік.

Терморегуляція пов'язана із симпатичною нервовою системою (див. рис. 15.5). Нею регулюється тонус судин; в результаті приплив крові до шкірних покривів змінюється (див. гл. 4). Розширення підшкірних судин супроводжується уповільненням кровотоку в них та посиленням тепловіддачі (рис. 15.6). При сильній спеці різко збільшується приплив крові до шкіри кінцівок, і надлишок тепла розсіюється. Близькість вен до шкірної поверхні збільшує охолодження крові, яка повертається до внутрішніх областей тіла.

При охолодженні судини звужуються, знижується приплив крові на периферію. У людини в міру проходження крові по великих судинах рук і йог її температура падає. Охолоджена венозна кров, повертаючись усередину тіла по судинах, розташованих поблизу артерій, захоплює велику

Рис. 15.6.Реакція поверхневих судин шкіри на холод. (а)та спеку - розширення (б)

частку тепла, що віддається артеріальній крові. Така система називається протиточним теплообміном.Вона сприяє поверненню великої кількості тепла до внутрішніх областей тіла після проходження крові через кінцівки. Сумарний ефект такої системи – зниження тепловіддачі. При температурі повітря, близької до нуля, така система не вигідна, тому що в результаті інтенсивного теплообміну між артеріальною та венозною кров'ю температура пальців на руках та на ногах може значно знизитися, що може спричинити обмороження.

Основне джерело теплопродукції пов'язане з м'язовими скороченнями, які перебувають під довільним контролем. Іншим видом посилення теплопродукції в організмі може бути м'язове тремтіння - реакція на холод. Невеликий рух м'язів під час тремтіння підвищує ефективність теплопродукції. При тремтіння ритмічно і одночасно з великою частотою скорочуються згиначі і розгиначі кінцівок і жувальні м'язи. Частота та сила скорочення можуть варіювати. Тремтіння генерується тільки в тому випадку, якщо зазначені м'язи не залучені в інший вид діяльності. Вона може бути подолана довільною м'язовою роботою. Довільні рухи, наприклад ходьба, пов'язані з м'язовим скороченням, яке долає тремтіння. І тремтіння, і ходьба супроводжуються утворенням тепла. Нейрони заднього гіпоталамуса впливають на частоту та силу м'язових скорочень при тремтіння. До цього центру надходять імпульси від центру терморегуляції в передньому гіпоталамусі та від рецепторів м'язів. Імпульси від головного мозку надходять до всіх рівнів спинного мозку, де виникають ритмічні сигнали, що викликають у м'язах тремтіння.

Крім того, теплова енергія утворюється при розщепленні жирів, запасених у жировій тканині. Найбільш ефективний у цьому сенсі бурий жир, розташований у новонароджених дітей між лопатками та за грудиною. Протягом кількох днів після народження теплопродукція, яку забезпечують клітини бурого жиру, – головна реакція на холод. Пізніше у дітей такою реакцією стає тремтіння. Бурий жир у великій кількості зустрічається у тварин, яким властива зимова сплячка. Розщеплення жиру з білої жирової тканини є менш ефективним. Білий жир сприяє не утворенню, а збереженню тепла.