Telesná teplota ľudí a vyšších zvierat sa udržiava na relatívne konštantnej úrovni aj napriek výkyvom teploty okolia. Táto stálosť telesnej teploty sa nazýva izoterma.
Izotermia je charakteristická iba pre takzvané homeotermické alebo teplokrvné zvieratá. Izotermia absentuje u poikilotermických alebo chladnokrvných zvierat, ktorých telesná teplota je premenlivá a líši sa len málo od teploty okolia.
Izotermia sa vyvíja postupne počas vývoja organizmu. U novorodenca je schopnosť udržiavať stálu telesnú teplotu slabá. Výsledkom môže byť ochladenie (hypotermia) alebo prehriatie (hypertermia) tela pri teplotách okolia, ktoré neovplyvňujú dospelého človeka. Navyše aj malá práca svalov, napríklad keď dieťa dlho kričí, môže zvýšiť telesnú teplotu.
Teplota je jedným z najdôležitejších faktorov, ktoré určujú rýchlosť a smer chemických reakcií. Podstatou metabolizmu - hlavným a integrálnym znakom života - sú chemické enzymatické reakcie. Preto je teplota jednou z najdôležitejších konštánt tela, ktorá sa udržuje na prísne konštantnej úrovni. Teplota orgánov a tkanív, ako aj celého organizmu ako celku, závisí od intenzity výroby tepla a od množstva prestupu tepla.
K výrobe tepla dochádza v dôsledku kontinuálne prebiehajúcich exotermických reakcií. Tieto reakcie sa vyskytujú vo všetkých orgánoch a tkanivách s rôznym stupňom intenzity. V tkanivách a orgánoch, ktoré produkujú aktívnu prácu - vo svalovom tkanive, pečeni, obličkách sa uvoľňuje viac tepla ako v menej aktívnych - spojivovom tkanive, kostiach, chrupavkách.
Prenos tepla je prenos tepla do životného prostredia, prebieha neustále a súčasne s procesom výroby tepla.
Straty tepla sa vyskytujú niekoľkými spôsobmi. Ako každé vyhrievané telo, aj telo vydáva teplo žiarením. V podmienkach, keď je teplota okolia nižšia ako teplota tela, sa teplo uvoľňuje konvekciou - ohrievaním vzduchu alebo predmetov, s ktorými prichádza telo do kontaktu. Nakoniec sa prenos tepla uskutoční odparením vody - potu z povrchu tela. Časť tepla sa stráca vydychovaným vzduchom, močom a stolicou.
Teplota rôznych orgánov je iná. Takže pečeň, ktorá sa nachádza hlboko vo vnútri tela a poskytuje vyššiu produkciu tepla, má vyššiu a konštantnú teplotu u ľudí (37,8-38 ° C) v porovnaní s pokožkou, ktorej teplota je oveľa nižšia (v oblastiach pokrytých odevmi, 29,5-33, 9 ° C) a je viac závislá od životného prostredia. Navyše rôzne časti povrchu kože majú rozdielne teploty. Teplota pokožky kufra a hlavy (33 - 34 ° C) je zvyčajne vyššia ako teplota končatín. Z uvedeného vyplýva, že pojem „konštantná telesná teplota“ je podmienený. Najlepšie zo všetkého je, že priemerná teplota tela ako celku sa vyznačuje teplotou krvi v najväčších cievach, pretože krv, ktorá v nich cirkuluje, sa zahrieva v aktívnych tkanivách (čím ich ochladzuje) a ochladzuje sa v pokožke (súčasne ju ohrieva).
Telesná teplota človeka sa zvyčajne hodnotí na základe jeho merania v podpazuší. Tu je teplota u zdravého človeka 36,5 -36,9 ° C. Na klinike sa často meria teplota v konečníku (najmä u dojčiat), kde je vyššia ako v podpazuší, a rovná sa teplote u zdravého človeka v priemere 37,2-37,5 ° C.
Telesná teplota nezostáva konštantná, ale kolíše počas dňa v rozmedzí 0,5-0,7 ° C. Oddych a spánok teplotu znižujú, svalová aktivita ju zvyšuje. Maximálna telesná teplota sa pozoruje o 16:00 - 18:00, minimálna - o 3-4:00.
Konštantnosť telesnej teploty u človeka sa dá udržať za predpokladu, že produkcia tepla a prenos tepla celého tela sú rovnaké. To sa dosahuje pomocou fyziologických mechanizmov termoregulácie. Termoregulácia sa prejavuje vo forme kombinácie procesov výroby a prenosu tepla regulovaných neuro-endokrinnou cestou. Termoregulácia sa zvyčajne delí na chemickú a fyzikálnu.
Chemická termoregulácia sa uskutočňuje zmenou úrovne tvorby tepla, t.j. posilnenie alebo oslabenie intenzity metabolizmu v bunkách tela. Fyzikálna termoregulácia sa uskutočňuje zmenou intenzity uvoľňovania tepla.
Zvýšenie produkcie tepla kontraktilným termogónom je dôsledkom zvýšenia aktivity svalového tkaniva. Keď sa kostrové dobrovoľné svaly stiahnu, zvyšuje sa produkcia tepla. Existuje špeciálny typ svalovej kontrakcie - svalové chvenie, pri ktorom svaly nevykonávajú užitočnú prácu a ich kontrakcia je zameraná výlučne na výrobu tepla.
Pri nezmršťujúcej sa termogenéze sa mení priebeh chemických reakcií. Nie všetka energia uvoľnená v procesoch disimilácie je obsiahnutá v molekule ATP. Počet syntetizovaných molekúl ATP klesá, pretože časť energie sa okamžite zmení na teplo. Telo sa zahrieva, ale jeho pracovné schopnosti sú znížené. Chemická termoregulácia založená na zmenách metabolizmu je príliš drahá na udržanie konštantnej telesnej teploty.
Chemická termoregulácia je nevyhnutná na udržanie konštantnej telesnej teploty za normálnych podmienok aj pri zmene okolitej teploty. Mechanizmy chemickej termoregulácie sa aktivujú, keď sú orgány vystavené dlhodobému a silnému ochladzovaniu.
U ľudí dochádza k zvýšeniu produkcie tepla v dôsledku zvýšenia rýchlosti metabolizmu, ak okolitá teplota klesne pod optimálnu teplotu alebo komfortnú zónu. Pri bežnom ľahkom oblečení je táto zóna v rozmedzí 18-20 ° С a pre nahú osobu - 28 ° С.
Najintenzívnejšia výroba tepla v tele nastáva vo svaloch. Aj keď človek leží nehybne, ale s napnutými svalmi, zvyšuje sa oxidačný proces a zároveň produkcia tepla, o 10%. Mierna fyzická aktivita vedie k zvýšeniu produkcie tepla o 50-80% a ťažká svalová práca - o 400-500%.
V chladných podmienkach sa zvyšuje tvorba tepla vo svaloch, aj keď je človek nehybný. Je to spôsobené tým, že ochladzovanie povrchu tela, pôsobiace na receptory, ktoré vnímajú podráždenie chladom, reflexne spôsobuje nepravidelné mimovoľné svalové kontrakcie, ktoré sa prejavujú v podobe chvenia (zimnice). V tomto prípade sa metabolické procesy tela výrazne zlepšia, zvýši sa spotreba kyslíka a sacharidov svalovým tkanivom, čo so sebou nesie zvýšenie produkcie tepla.
Pri chemickej termoregulácii hrá okrem svalov významnú úlohu aj pečeň a obličky.
Uvoľňovanie energie v tele nastáva v dôsledku oxidačného rozkladu bielkovín, tukov a sacharidov. Preto všetky mechanizmy, ktoré regulujú oxidačné procesy, regulujú aj produkciu tepla.
Fyzikálna termoregulácia sa objavila v neskoršej fáze vývoja. Jeho mechanizmy neovplyvňujú procesy bunkového metabolizmu. Mechanizmy fyzickej termoregulácie sú zahrnuté reflexne a majú ako každý reflexný mechanizmus tri hlavné komponenty. Po prvé, sú to receptory, ktoré vnímajú zmeny teploty v tele alebo v prostredí. Druhým odkazom je termoregulačné centrum. Tretím odkazom sú efektory, ktoré menia procesy prenosu tepla a udržiavajú telesnú teplotu na konštantnej úrovni. V tele, okrem potnej žľazy, neexistujú žiadne vlastné efektory reflexného mechanizmu fyzickej termoregulácie.
Fyzikálna termoregulácia je regulácia prenosu tepla. Jeho mechanizmy zabezpečujú udržiavanie telesnej teploty na konštantnej úrovni, a to ako v podmienkach, keď telu hrozí prehriatie, tak aj počas ochladzovania.
Fyzikálna termoregulácia sa uskutočňuje zmenou uvoľňovania tepla z tela. Získava osobitný význam pri udržiavaní konštantnosti telesnej teploty počas pobytu tela v podmienkach zvýšenej teploty okolia.
Prenos tepla sa uskutočňuje pomocou tepelného žiarenia (radiačný prenos tepla), konvekcie, to znamená pohybu a miešania vzduchu ohriateho telom, vedenia tepla, t.j. prestup tepla z látky v kontakte s povrchom tela. Povaha prenosu tepla telom sa mení v závislosti od intenzity metabolizmu.
Stratám tepla zabráni vrstva pokojného vzduchu medzi odevom a pokožkou, pretože vzduch je zlým vodičom tepla. Vrstva podkožného tukového tkaniva významne zabraňuje prenosu tepla v dôsledku nízkej tepelnej vodivosti tuku.
Teplota pokožky, a teda intenzita tepelného žiarenia a vedenia tepla, sa môžu meniť v chladných alebo horúcich podmienkach vonkajšieho prostredia v dôsledku redistribúcie krvi v cievach a so zmenou objemu cirkulujúcej krvi.
V chlade sa zužujú krvné cievy kože, hlavne arterioly; viac krvi vstupuje do ciev brušnej dutiny a tým je obmedzený prenos tepla. Povrchové vrstvy pokožky, ktoré prijímajú menej teplej krvi, vyžarujú menej tepla, takže prenos tepla je znížený. Navyše pri silnom ochladení pokožky sa otvárajú arteriovenózne anastomózy, čo znižuje množstvo krvi vstupujúce do kapilár, a tým bráni prenosu tepla.
Prerozdelenie krvi, ku ktorému dochádza v chlade - zníženie množstva krvi cirkulujúcej cez povrchové cievy a zvýšenie množstva krvi prechádzajúcej cievami vnútorných orgánov - prispieva k zachovaniu tepla vo vnútorných orgánoch, ktorých teplota sa udržuje na konštantnej úrovni.
Keď teplota okolia stúpa, kožné cievy sa rozširujú, zvyšuje sa množstvo krvi, ktoré v nich cirkuluje. Objem cirkulujúcej krvi v tele sa tiež zvyšuje v dôsledku prenosu vody z tkanív do ciev, ako aj preto, že slezina a ďalšie krvné zásoby vrhajú ďalšiu krv do celkového krvného obehu. Zvýšenie množstva krvi cirkulujúcej cez cievy povrchu tela podporuje prenos tepla žiarením a konvekciou. Na udržanie konštantnej telesnej teploty pri vysokých teplotách okolia je tiež dôležité potenie, ku ktorému dochádza v dôsledku prenosu tepla počas odparovania vody.
Regulačné reakcie, ktoré udržiavajú konštantnú telesnú teplotu, sú zložité reflexné akty, ktoré sa vyskytujú v reakcii na teplotnú stimuláciu receptorov.
Receptory, z ktorých sa spúšťajú reflexné mechanizmy chemickej a fyzikálnej termoregulácie, sa ďalej členia na receptory, ktoré reagujú na teplo a chlad, alebo na teplo a chlad. Sú umiestnené ako na povrchu, tak aj vo vnútri tela. Z povrchu sú obzvlášť dôležité termoreceptory pokožky, z vnútorných - termoreceptory hypotalamu.
Centrálny mechanizmus termoregulačného systému pozostáva z niekoľkých častí centrálneho nervového systému, od miechy až po mozgovú kôru vrátane. Jeho hlavné oddelenie sa nachádza v hypotalame a je rozdelené na stredisko na výrobu tepla a stredisko na prenos tepla. Impulzy z hypotalamu cestujú klesajúcimi cestami do centier autonómneho nervového systému nachádzajúcich sa v predĺženej mieche a mieche alebo k neurónom, ktoré inervujú priečne pruhované svaly. Potom pozdĺž vegetatívnych a somatických nervov smerujú informácie k efektorom termoregulácie: svalom, potným žľazám, centrám dýchacieho a kardiovaskulárneho systému, ktoré menia svoje funkcie tak, aby chránili alebo dodali telu. Vďaka spojeniam medzi štruktúrami hypotalamu a hypofýzou môžu centrálne štruktúry termoregulácie cez endokrinné žľazy neurohumorálnym spôsobom ovplyvňovať intenzitu metabolizmu v bunkách a zvyšovať produkciu tepla. Jedná sa samozrejme o reflexné mechanizmy na reguláciu telesnej teploty. Úzke spojenia hypotalamických centier s mozgovou kôrou poskytujú podmienenú reflexnú reguláciu termoregulačných procesov, jemnú adaptívnu zmenu v činnosti všetkých orgánov zapojených do termoregulácie v reakcii na rôzne zmeny vo vonkajšom prostredí.
Jediným vlastným efektorom - činiteľom fyzickej termoregulácie - je potná žľaza. Potenie je najsilnejším fyziologickým mechanizmom prenosu tepla, t.j. chladenie. Človek v pokojnom stave stráca asi 20% tepla odparovaním vlhkosti uvoľnenej pri potení a až 80% pri svalovej práci. Intenzita odparovacieho procesu závisí od mnohých faktorov: stav tela, teplota okolia, pohyb vzduchu a vlhkosť. Odparovanie vody je dôležitým faktorom fyzikálnej termoregulácie. Okrem vlastného efektora potnej žľazy sa uskutočňuje aj uvoľňovaním vody počas dýchania a jej odparovaním z povrchu dýchacích ciest. Dýchací systém je teda jedným z najdôležitejších faktorov fyzickej termoregulácie. Dôležitým mechanizmom termoregulácie u ľudí sú zmeny frekvencie a hĺbky dýchacích pohybov - tepelná dyspnoe, ktorá sa vyskytuje pri vystavení tela vysokým teplotám. Jedným z najdôležitejších faktorov fyzickej termoregulácie je kardiovaskulárny systém, ktorý rieši problémy prenosu aj akumulácie tepla, a preto je zapojený do procesov termoregulácie a do stavov, ktoré ohrozujú organizmus prehriatím a ochladením. Teplo sa do prostredia uvoľňuje z povrchu tela - kože, podkožného tuku a čiastočne susedných svalov. Zmena priemeru ciev týchto orgánov vedie k prerozdeleniu množstva „zahriatej“ cirkulujúcej krvi. V podmienkach, keď musí byť znížený prenos tepla, dôjde k vazokonstrikcii, zníži sa množstvo krvi prúdiacej na povrch tela a zahriata krv, ktorá prechádza cez arteriovenózne anastomózy, prúdi do ciev vnútorných orgánov. Teplota povrchu tela klesá a klesá prenos tepla tepelným žiarením a konvekciou. V podmienkach vyžadujúcich zvýšenie prenosu tepla vedie vazodilatácia k zvýšeniu prietoku „horúcej“ krvi na povrch tela a prenos tepla sa zvyšuje. Zároveň sa za týchto podmienok zvyšuje aj potenie.
1) Úvod ……………………………………………………………… .3
2) Poikilotermia, heterotermia, homeotermia ……………………… ... 4
3) Princípy regulácie telesnej teploty, tepelnej rovnováhy ... ... ... ... ... 5
4) Fyziológia temoreceptorov ………………………………………… 6
5) Termoregulačné centrá …………………………………………… ... 8
a) centrá na prenos tepla …………………………………………… ... 9
b) strediská výroby tepla ………………………………………… ..10
6) Mechanizmy výroby tepla ………………………………………… ..10
a) kontraktilná termogenéza ……………………………………… 11
b) kontraktilná termogenéza …………………………………… 12
7) Mechanizmy prenosu tepla ……………………………………………… .12
a) vedenie tepla ……………………………………………… ... 13
b) tepelné žiarenie ………………………………………………… .13
c) konvekcia ……………………………………………………… ..14
d) odparovanie ……………………………………………………… ..14
8) Metabolizmus ……………………………………………………… .16
9) Výživa ……………………………………………………………… .17
10) Záver ……………………………………………………… ... 20
11) Zoznam použitej literatúry …………………………………… ..23
ÚVOD
Bez ohľadu na to, ako rozmanité sú formy prejavu života, sú vždy nerozlučne spojené s transformáciou energie. Energetický metabolizmus je vlastnosťou každej živej bunky. Energeticky bohaté živiny sa vstrebávajú a chemicky premieňajú a z bunky sa uvoľňujú odpadové produkty s nízkou energetickou hodnotou. Podľa prvého termodynamického zákona energia nezmizne a znova nevznikne. Organizmy musia prijímať energiu vo forme, ktorá je im prístupná z prostredia, a vracať do životného prostredia primerané množstvo energie v podobe, ktorá je menej vhodná na ďalšie použitie.
Asi pred sto rokmi francúzsky fyziológ Claude Bernard zistil, že sa vytvára živý organizmus a prostredie jednotný systém, keďže medzi nimi dochádza k nepretržitej výmene látok a energie. Normálne fungovanie tela podporuje regulácia vnútorných zložiek, ktorá si vyžaduje energetický výdaj. Využitie chemickej energie v tele sa nazýva energetický metabolizmus: je to on, kto slúži ako ukazovateľ celkového stavu a fyziologickej činnosti tela.
Metabolické (alebo metabolické) procesy, počas ktorých sa z absorbovanej potravy syntetizujú určité prvky tela, sa nazývajú anabolizmus; podľa toho sa metabolické procesy, pri ktorých dochádza k odbúravaniu štrukturálnych prvkov tela alebo absorbovaných potravinových produktov, nazývajú katabolizmus.
Živý organizmus produkuje teplo, ktoré sa používa na zahriatie tela. Merná tepelná kapacita ľudského tela (množstvo tepla potrebné na zahriatie tkaniva o 1 ° C) je v priemere 0,83 kcal / kg na 1 stupeň (pre vodu - 1 kcal / kg na stupeň). Na zvýšenie telesnej teploty u osoby vážiacej 70 kg o 1 ° by sa malo vynaložiť 58,1 kcal (0,83 70). V priemere človek s hmotnosťou 70 kg v pokojových podmienkach uvoľní asi 72 kcal / hodinu. Ak by teda neexistoval druhý proces - prenos tepla, potom by sa ľudské tkanivá každú hodinu zahrievali o 1,24 ° (72: 58,1). To sa však nestane, pretože za normálnych pokojových podmienok sa rýchlosť výroby tepla rovná miere jeho straty. Toto sa nazýva tepelná bilancia, ktorá je založená na procesoch regulácie výroby tepla a prenosu tepla. Spoločne sa tomu hovorí termoregulácia.
POYKILOTHERMIA, HETEROTHERMIA, HOMOYOTHERMIA
Pri vývoji termoregulačného systému existuje nižšie štádium, v ktorom telesná teplota zvieraťa závisí hlavne od teploty prostredia: keď klesá, klesá aj telesná teplota a naopak. Tento stav telesnej teploty sa nazýva poikilotermia a zvieratá sa nazývajú poikilotermia. Žaba je typickým predstaviteľom poikilotermie. V zime sa telesná teplota žaby blíži k nule. V tomto stave je stále schopná skákať do diaľky, ale nie viac ako 12 - 15 cm. V lete dosahuje jej telesná teplota 20 - 25 ° C a môže skákať oveľa ďalej - až do 1 m. Za nízkych teplôt obvykle poikilotermické zvieratá spadajú do do stavu pozastavenej animácie. Existujú mikroorganizmy, pre ktoré sa optimálna teplota prostredia pohybuje od 0 ° С do mínus 60 ° С, napríklad mikróby žijúce v ľadovej hmote, alebo naopak, mikroorganizmy, ktoré odolávajú okolitej teplote napríklad od + 70 ° С do + 120 ° С, zárodky horúceho prameňa.
Mechanizmy výroby a prenosu tepla.
A - úloha orgánov pri výrobe tepla
B - úloha orgánov pri prenose tepla
Množstvo zvierat, napríklad netopier, hlodavce, niektoré druhy vtákov, napríklad kolibrík, patria do skupiny heterotermálnych organizmov: za určitých podmienok sú to poikilotermické organizmy, za iných sú zase homeotermické.
Cicavce sú homoiotermné organizmy (teplokrvné), v ktorých sa vyskytuje izotermia alebo stálosť telesnej teploty. Izotermia má však relatívnu povahu: teplota tkanív nachádzajúcich sa nie hlbšie ako 3 cm od povrchu tela (koža, podkožie, povrchové svaly) alebo škrupiny vo veľkej miere závisí od vonkajšej teploty, zatiaľ čo jadro tela, to znamená centrálny nervový systém , vnútorné orgány, kostrové svaly umiestnené hlbšie ako 3 cm, majú relatívne konštantnú teplotu bez ohľadu na teplotu okolia. Takže teplokrvné zvieratá majú poikilotermický obal a homeotermálne „jadro“ alebo „jadro“.
Orgány na výrobu tepla a riadenie výroby tepla.
K - kôra, Kzh - pokožka, CGT - centrá hypotalamu, Cdc - vazomotorické centrum, PM - medulla oblongata, Cm - miecha, Gf - hypofýza, TG - hormón stimulujúci štítnu žľazu, IVS - endokrinné žľazy, Hm - hormóny, M - sval , Pt - pečeň, Ptr - tráviaci trakt, a, b - tok diferenciálnych impulzov.
Priemerná teplota človeka, mozgu, krvi, vnútorných orgánov je 37 ° C. Fyziologická hranica výkyvov tejto teploty je 1,5 °. Zmena teploty krvi a vnútorných orgánov človeka o 2-2,5 ° C od priemernej úrovne je sprevádzaná porušením fyziologických funkcií a telesná teplota nad 43 ° C je prakticky nezlučiteľná s ľudským životom.
ZÁSADY REGULÁCIE TEPLOTY TELA,
TEPELNÁ BILANCIA
Teplota jadra (tela) je určená dvoma prietokmi - tvorbou tepla (výroba tepla) a prenosom tepla (uvoľňovanie tepla). V termoneutrálnej alebo komfortnej zóne (pri 27 - 32 ° C) existuje rovnováha medzi výrobou a prenosom tepla. Napríklad za podmienok fyziologického odpočinku telo produkuje asi 1,18 kcal / minútu (alebo asi 70 kcal za hodinu) a rovnaké množstvo tepla sa uvoľňuje do životného prostredia. Pri nízkych teplotách okolia sa napriek obrannému mechanizmu zvyšujú tepelné straty tela. Za týchto podmienok musí telo na udržanie telesnej teploty rovnocenne zvýšiť produkciu tepla. Vzniká tak nová úroveň tepelnej bilancie. Napríklad pri teplote vzduchu 10 ° C dosahuje prenos tepla 120 kcal / hodinu (v komfortných podmienkach - 70 kcal / hodinu), preto sa na udržanie telesnej teploty na konštantnej úrovni musí zvýšiť aj výroba tepla na 120 kcal / hodinu.
Pri vysokých teplotách okolia, napríklad pri 40 ° C, sa uvoľňovanie tepla významne znižuje, napríklad na 40 kcal / h (namiesto 70 kcal / h v príjemnom prostredí). Na udržanie konštantnej telesnej teploty by sa mala znížiť aj produkcia tepla na približne 40 kcal / hodinu. Je nastolená nová úroveň tepelnej rovnováhy, ktorá zaisťuje udržanie telesnej teploty.
Takže vedúcim činiteľom určujúcim úroveň tepelnej bilancie je teplota okolia.
Vzhľadom na to, že výroba tepla sa líši v závislosti od typu fyzickej aktivity človeka a množstvo prenosu tepla vo veľkej miere závisí od teploty okolia, sú potrebné mechanizmy na reguláciu výroby tepla a prenosu tepla. Vykonávajú sa za účasti špecializovaných štruktúr mozgu, zjednotených v centre termoregulácie. Princíp regulácie spočíva v tom, že riadiace zariadenie (termoregulačné centrum) prijíma informácie z termoreceptorov. Na základe týchto informácií generuje také príkazy, vďaka ktorým sa mení činnosť riadiacich objektov (pracovných štruktúr, ktoré určujú intenzitu výroby tepla a prenosu tepla) tak, aby vznikla nová úroveň tepelnej bilancie, v dôsledku čoho zostáva telesná teplota na konštantnej úrovni. Termoregulačný systém môže pracovať v sledovacom režime alebo na princípe nesúladu - zmenila sa teplota krvi, zmení sa aktivita riadiacich objektov. Termoregulačný systém však poskytuje aj mäkšiu metódu udržiavania stálej teploty tela, ktorá je založená na princípe regulácie rušením: zistí sa zmena teploty prostredia a bez čakania na ovplyvnenie teploty krvi sa v systéme objavia príkazy, ktoré týmto spôsobom menia činnosť riadiacich objektov, že sa udržiava konštantná teplota krvi. Okrem toho môže termoregulačný systém fungovať aj v režime prediktívnej regulácie, to znamená včasnej regulácie (sú to podmienené reflexy): človek sa práve chystá vyjsť na zimnú ulicu a jeho výroba tepla sa už zvyšuje, čo je nevyhnutné na vyrovnanie tepelných strát, ktoré nastanú u osoby na ulici v podmienkach nízkej teploty. Pre optimálnu reguláciu intenzity výroby a prenosu tepla sú vo všetkých prípadoch potrebné informácie o teplote tela (jadro a plášť). Prenáša sa do centrálneho nervového systému z termoreceptorov.
FYZIOLÓGIA TERMORECEPTOROV
Termoreceptory sa nachádzajú na rôznych častiach kože, vo vnútorných orgánoch (v žalúdku, črevách, maternici, močovom mechúre), v dýchacích cestách, slizniciach, očnej rohovke, kostrových svaloch, krvných cievach vrátane tepien, aortálnej a karotickej zóny, v mnohých veľké žily, ako aj v mozgovej kôre, mieche, retikulárnej formácii, strednom mozgu, hypotalame.
Termoreceptory centrálneho nervového systému sú s najväčšou pravdepodobnosťou neuróny, ktoré súčasne pôsobia ako receptory a ako aferentný neurón.
Termoreceptory kože boli študované najúplnejšie. Väčšina termoreceptorov sa nachádza na pokožke hlavy (tvár) a krku. V priemere 1 termoreceptor padne na 1 mm 2 povrchu kože. Kožné termoreceptory sa delia na chladné a tepelné. Chladné sa zase delia na studené (špecifické), ktoré reagujú iba na zmeny teploty, a hmatovo studené, alebo nešpecifické, ktoré môžu súčasne reagovať na zmeny teploty aj na tlak.
Chladové receptory sú umiestnené v hĺbke 0,17 mm od povrchu kože. Celkovo ich je asi 250-tisíc. Na zmeny teploty reagujú s krátkou latenciou. V tomto prípade frekvencia akčného potenciálu lineárne závisí od teploty v rozmedzí od 41 ° do 10 ° C: čím nižšia je teplota, tým vyššia je frekvencia impulzov. Optimálna citlivosť je v rozmedzí od 15 ° do 30 ° С a podľa niektorých zdrojov až do 34 ° С.
Tepelné receptory ležia hlbšie - vo vzdialenosti 0,3 mm od povrchu kože. Celkovo ich je asi 30-tisíc. Reagujú na zmeny teploty lineárne v rozmedzí od 20 ° do 50 ° C: čím vyššia je teplota, tým vyššia je frekvencia vytvárania akčného potenciálu. Optimálna citlivosť je v rozmedzí 34-43 ° C.
Medzi chladnými a tepelnými receptormi existujú populácie receptorov s rôznou citlivosťou: niektoré reagujú na zmenu teploty rovnú 0,1 ° C (vysoko citlivé receptory), iné na zmenu teploty rovnú 1 ° C (receptory so strednou citlivosťou) a ďalšie na zmenu 10 ° C (vysokoprahové alebo nízkocitlivé receptory).
Informácie z kožných receptorov idú do centrálneho nervového systému cez aferentné vlákna skupiny A-delta a cez vlákna skupiny C; do centrálneho nervového systému sa dostávajú rôznymi rýchlosťami. S najväčšou pravdepodobnosťou idú impulzy z chladných receptorov pozdĺž vlákien A-delta.
Impulz z kožných receptorov vstupuje do miechy, kde sa nachádzajú druhé neuróny, a vedie tak k spinotalamickej dráhe, ktorá končí ventrobazálnymi jadrami talamu, odkiaľ časť informácií vstupuje do senzomotorickej zóny mozgovej kôry a časť z nich smeruje do hypotalamických centier termoregulácie.
Vyššie časti centrálneho nervového systému (kôra a limbický systém) zabezpečujú tvorbu pocitu tepla (teplo, chlad, tepelná pohoda, tepelné nepohodlie). Pocit pohodlia je založený na toku impulzov z termoreceptorov škrupiny (hlavne z pokožky). Preto sa dá telo „oklamať“ - ak je telo v podmienkach vysokej teploty ochladené studenou vodou, ako je to pri letnom kúpaní v teple, vytvorí sa pocit teplotnej pohody.
TEPELNÉ REGULAČNÉ CENTRA
Termoregulácia sa uskutočňuje hlavne za účasti centrálneho nervového systému, aj keď niektoré procesy termoregulácie sú možné aj bez centrálneho nervového systému. Je známe, že krvné cievy pokožky môžu samy reagovať na chlad: v dôsledku tepelnej citlivosti buniek hladkého svalstva na chlad dochádza k relaxácii hladkého svalstva, preto pri chlade dôjde najskôr k reflexnému kŕču, ktorý je sprevádzaný bolesťou, a potom sa cieva rozširuje v dôsledku priameho účinku chladu na bunkách hladkého svalstva. Kombinácia dvoch regulačných mechanizmov teda umožňuje na jednej strane udržiavať teplo a na druhej strane zabrániť tkanivám prekonať nedostatok kyslíka.
Termoregulačné centrá sú v širšom zmysle súborom neurónov zapojených do termoregulácie. Nachádzajú sa v rôznych oblastiach centrálneho nervového systému, vrátane mozgovej kôry, limbického systému (komplex amygdaly, hipokampu), talamu, hypotalamu, stredu, predĺženej miechy a miechy. Každá časť mozgu plní svoje vlastné úlohy. Najmä kôra, limbický systém a talamus poskytujú kontrolu nad činnosťou hypotalamických centier a štruktúr chrbtice a formujú adekvátne správanie človeka v rôznych teplotných podmienkach prostredia (pracovný postoj, oblečenie, dobrovoľná motorická aktivita) a pocity tepla, chladu alebo pohodlia. Pomocou mozgovej kôry sa uskutočňuje skorá (skorá) termoregulácia - vytvárajú sa podmienené reflexy. Napríklad osoba, ktorá sa v zime chystá ísť von, zvyšuje produkciu tepla vopred.
Termoregulácia zahŕňa sympatický a somatický nervový systém. Sympatický systém reguluje procesy výroby tepla (glykogenolýza, lipolýza), procesy prenosu tepla (potenie, prenos tepla pomocou tepelného žiarenia, vedenie tepla a konvekcia - zmenou tónu kožných ciev). Somatický systém reguluje tonické napätie, dobrovoľnú a nedobrovoľnú fázovú aktivitu kostrových svalov, t. J. Procesy kontraktilnej termogenézy.
Hypotalamus hrá hlavnú úlohu v termoregulácii. Rozlišuje medzi zhlukami neurónov, ktoré regulujú prenos tepla (centrum prenosu tepla) a produkciu tepla.
Prvýkrát existenciu takýchto centier v hypotalame objavil K. Bernard. Vytvoril „tepelnú injekciu“ (mechanicky dráždil hypotalamus zvieraťa), po ktorej teplota tela stúpla.
Zvieratá so zničenými jadrami preoptickej oblasti hypotalamu netolerujú vysoké teploty okolia. Podráždenie týchto štruktúr elektrickým prúdom vedie k rozšíreniu krvných ciev, poteniu a vzniku tepelnej dýchavičnosti. Táto akumulácia jadier (hlavne paraventrikulárnych, supraoptických, suprachiasmatických) sa nazýva „centrum prenosu tepla“.
Pri deštrukcii neurónov v zadných častiach hypotalamu zviera zle znáša chlad. Elektrická stimulácia tejto oblasti spôsobuje zvýšenie telesnej teploty, trasenie svalov, zvýšenie lipolýzy, glykogenolýzu. Predpokladá sa, že tieto neuróny sú koncentrované hlavne v oblasti ventromediálnych a dorsomediálnych jadier hypotalamu. Akumulácia týchto jadier sa nazýva „centrum výroby tepla“.
Zničenie centier termoregulácie transformuje homeotermický organizmus na poikilotermický.
Podľa K. P. Ivanova (1983, 1984) existujú v centrách výroby a prenosu tepla senzorické, integrujúce sa a eferentné neuróny. Senzorické neuróny vnímajú informácie z termoreceptorov umiestnených na periférii, ako aj priamo z krvi, ktorá neuróny kúpa. KP Ivanov rozdeľuje senzorické neuróny na dva typy: 1) vnímanie informácií z periférnych termoreceptorov a 2) vnímanie teploty krvi. Informácie zo senzorických neurónov sa posielajú do integrujúcich neurónov, kde sa zhrnú všetky informácie o stave teploty jadra a plášťa tela, to znamená, že tieto neuróny „vypočítajú“ priemernú telesnú teplotu. Potom informácia ide do príkazových neurónov, v ktorých sa porovnáva aktuálna hodnota priemernej telesnej teploty s danou úrovňou. Otázka neurónov, ktoré určujú túto hladinu, zostáva otvorená. Ale pravdepodobne existujú také neuróny a môžu sa nachádzať v kôre, limbickom systéme alebo pravdepodobnejšie v hypotalame. Takže ak sa v dôsledku porovnania zistí odchýlka od danej úrovne, potom sú eferentné neuróny vzrušené: v centre prenosu tepla sú to neuróny, ktoré regulujú potenie, tonus kožných ciev, objem cirkulujúcej krvi, a v strede výroby tepla sú to neuróny, ktoré regulujú proces tvorby tepla. Zatiaľ nie je jasné, či je každé stredisko (prenos tepla a výroba tepla) zapojené do „výpočtov“ a nezávisle prijíma rozhodnutia, alebo existuje nejaké iné samostatné stredisko, kde tento proces prebieha.
Centrá pre prenos tepla. Keď sú eferentné neuróny centra prechodu tepla excitované, tón kožných ciev sa môže znížiť. Je to spôsobené účinkom eferentných neurónov strediska na prenos tepla („kožné cievy“) na vazomotorické centrum, čo zase ovplyvňuje činnosť spinálnych sympatických neurónov, ktoré vysielajú prúd impulzov do hladkých svalov kožných ciev. Výsledkom je, že keď sú excitované hypotalamické neuróny „kožných ciev“, zníži sa tón kožných ciev, zvýši sa prietok krvi kožou a zvýši sa prenos tepla v dôsledku tepelného žiarenia, vedenia tepla a konvekcie. Zvýšené prekrvenie pokožky tiež prispieva k zvýšenému poteniu (strata tepla odparovaním). Ak je zmena prietoku krvi kožou nedostatočná na prenos tepla, potom sa vzrušujú neuróny, čo vedie k uvoľňovaniu krvi z krvných zásob a tým k zvýšeniu objemu prenosu tepla. Ak tento mechanizmus neprispieva k normalizácii teploty, potom sa excitujú eferentné neuróny centra na prenos tepla, ktoré vzrušujú sympatické neuróny, ktoré aktivujú potné žľazy, tieto neuróny hypotalamu možno konvenčne nazvať „neuróny regulujúce pot“ alebo neuróny, ktoré regulujú potenie. Sympatické neuróny, ktoré aktivujú potenie, sú umiestnené v bočných stĺpcoch miechy (Th2-L2) a postgangliové neuróny sú lokalizované v sympatických gangliách. Postgangliové vlákna smerujúce do potných žliaz sú cholinergné, ich mediátorom je acetylcholín, ktorý zvyšuje aktivitu potnej žľazy interakciou s jej M-cholinergnými receptormi (blokátorom je atropín).
Centrá výroby tepla. Eferentné neuróny centra výroby tepla možno tiež podmienene rozdeliť do niekoľkých typov, z ktorých každý aktivuje zodpovedajúci mechanizmus výroby tepla.
a) Niektoré neuróny po excitácii aktivujú sympatický systém, v dôsledku čoho sa zvyšuje intenzita procesov generujúcich energiu (lipolýza, glykogenolýza, glykolýza, oxidačná fosforylácia). Najmä sympatické nervy vďaka interakcii svojho mediátora (noradrenalínu) s beta-adrenergnými receptormi aktivujú procesy glykogenolýzy a glykolýzy v pečeni a procesy lipolýzy v hnedom tuku.
Zároveň sa pri excitácii sympatického nervového systému zvyšuje sekrécia hormónov drene nadobličiek - adrenalínu a noradrenalínu, čo zvyšuje produkciu tepla v pečeni, kostrových svaloch, hnedom tuku, aktivuje glykogenolýzu, glykolýzu a lipolýzu.
b) V hypotalame sú eferentné neuróny, ktoré ovplyvňujú hypofýzu a cez ňu štítnu žľazu: zvyšuje sa produkcia hormónov obsahujúcich jód (T 3 a T 4), čo pravdepodobne v dôsledku oddelenia procesov oxidačnej fosforylácie zvyšuje tok primárneho tepla, t.j. To znamená, že pod ich vplyvom klesá akumulácia energie v ATP a väčšina energie sa rozptýli vo forme tepla.
c) V hypotalamickom centre výroby tepla existuje aj populácia eferentných neurónov, ktorých excitácia vedie k vzniku termoregulačného tonusu (zatiaľ čo tón v kostrových svaloch sa zvyšuje, vďaka čomu sa zvyšuje tvorba tepla približne o 40 - 60%) alebo fázových kontrakcií jednotlivých svalov.
vlákna, ktoré sa nazývajú „triaška“. Vo všetkých týchto prípadoch sa príkaz z eferentných neurónov hypotalamu prenáša nakoniec na alfa motorické neuróny. Dráha centrálneho tremoru je eferentná dráha, ktorá vedie od hypotalamu k alfa motorickým neurónom prostrednými formáciami, najmä tektom (tektospinálna dráha) a červeným jadrom (rubrospinálny trakt). Podrobnosti o tejto ceste sú stále nejasné.
MECHANIZMY VÝROBY TEPLA
Zdrojom tepla v tele sú exotermické reakcie oxidácie bielkovín, tukov, sacharidov, ako aj hydrolýza ATP. Počas hydrolýzy živín sa časť uvoľnenej energie akumuluje v ATP a časť sa rozptýli ako teplo (primárne teplo). Pri použití energie akumulovanej v AGF sa časť energie použije na vykonávanie užitočnej práce a časť sa rozptýli vo forme tepla (sekundárne teplo). Dva prúdy tepla - primárny a sekundárny - sú teda produktmi tepla. Pri vysokej teplote prostredia alebo pri kontakte človeka s horúcim telom môže telo prijímať časť tepla zvonku (exogénne teplo).
Ak je potrebné zvýšiť produkciu tepla (napríklad v podmienkach nízkej teploty okolia), v tele sú okrem možnosti príjmu tepla zvonku aj mechanizmy, ktoré produkciu tepla zvyšujú.
Klasifikácia mechanizmov výroby tepla:
1. Kontraktívna termogenéza - výroba tepla v dôsledku kontrakcie kostrového svalstva:
a) dobrovoľná činnosť pohybového aparátu;
b) termoregulačný tón;
c) trasenie svalov za studena alebo mimovoľná rytmická činnosť kostrových svalov.
2. Kontraktilná termogenéza alebo neochvejná termogenéza (výroba tepla v dôsledku aktivácie glykolýzy, glykogenolýzy a lipolýzy):
a) v kostrových svaloch (v dôsledku odpojenia oxidačnej fosforylácie);
b) v pečeni;
c) v hnedom tuku;
d) v dôsledku špecifického dynamického pôsobenia potravy.
Kontraktilná termogenéza
So svalovou kontrakciou sa zvyšuje hydrolýza ATP, a preto sa zvyšuje tok sekundárneho tepla smerujúceho k zahriatiu tela. K dobrovoľnej činnosti svalov dochádza hlavne pod vplyvom mozgovej kôry. Skúsenosti ľudí ukazujú, že v prostredí s nízkou teplotou je pohyb nevyhnutný. Preto sa realizujú podmienené reflexné akty, zvyšuje sa dobrovoľná motorická aktivita. Čím je vyššia, tým vyššia je výroba tepla. Je možné ju zvýšiť o 3 - 5 krát v porovnaní s hodnotou bazálneho metabolizmu. Spravidla je pri poklese teploty prostredia a teploty krvi prvou reakciou zvýšenie termoregulačného tonusu. Prvýkrát bol identifikovaný v roku 1937 u zvierat a v roku 1952 u ľudí. Metódou elektromyografie sa preukázalo, že so zvýšením svalového tonusu spôsobeným hypotermiou sa zvyšuje elektrická aktivita svalov. Z hľadiska mechaniky kontrakcie je hermoregulačným tónom mikrovibrácia. V priemere sa výroba tepla zvýši o 20 - 45% pôvodnej úrovne, keď sa objaví. Pri výraznejšom podchladení sa termoregulačný tón zmení na zimnicu svalov. Termoregulačný tón je ekonomickejší ako trasenie svalov. Na jeho tvorbe sa zvyčajne podieľajú svaly hlavy a krku.
Tremor alebo chvenie studených svalov je mimovoľná rytmická aktivita povrchovo umiestnených svalov, v dôsledku ktorej sa produkcia tepla zvyšuje 2–3krát v porovnaní s počiatočnou úrovňou. Zvyčajne je najskôr chvenie vo svaloch hlavy a krku, potom - kmeň a nakoniec končatiny. Predpokladá sa, že účinnosť výroby tepla pri otrasoch je 2,5-krát vyššia ako pri dobrovoľnej činnosti.
Signály z neurónov v hypotalame prechádzajú „centrálnou tremorovou dráhou“ (tektum a červené jadro) do alfa motoneurónov miechy, odkiaľ signály smerujú do zodpovedajúcich svalov a spôsobujú ich aktivitu. Curariformné látky (svalové relaxanciá) v dôsledku blokovania H-cholinergných receptorov blokujú vývoj termoregulačného tonusu a zimomriavky. Používa sa na vytvorenie umelého podchladenia a berie sa do úvahy aj pri chirurgických zákrokoch, pri ktorých sa používajú svalové relaxanciá.
Kontraktilná termogenéza
Vykonáva sa zvýšením oxidačných procesov a znížením účinnosti konjugácie oxidačnej fosforylácie. Hlavným miestom výroby tepla sú kostrové svaly, pečeň a hnedý tuk. Vďaka tomuto typu termogenézy sa môže výroba tepla zvýšiť až trikrát.
V kostrových svaloch je zvýšenie neskrátenej termogenézy spojené so znížením účinnosti oxidačnej fosforylácie v dôsledku odpojenia oxidácie a fosforylácie v pečeni, hlavne aktiváciou glykogenolýzy a následnou oxidáciou glukózy. Hnedý tuk zvyšuje produkciu tepla v dôsledku lipolýzy (pod vplyvom sympatických vplyvov a adrenalínu). Hnedý tuk sa nachádza v okcipitálnej oblasti, medzi lopatkami, v mediastíne pozdĺž veľkých ciev, v podpazuší. V pokoji sa asi 10% tepla vytvorí v hnedom tuku. S ochladením sa úloha hnedého tuku prudko zvyšuje. Počas adaptácie na chlad (medzi obyvateľmi arktických zón) sa zvyšuje hmotnosť hnedého tuku a jeho príspevok k celkovej produkcii tepla.
Regulácia procesov kontraktilnej termogenézy sa uskutočňuje aktiváciou sympatického systému a produkciou hormónov štítnej žľazy (odpájajú oxidačnú fosforyláciu) a drene nadobličiek.
MECHANIZMY UVOĽNENIA TEPLA
Prevažná časť tepla sa vytvára vo vnútorných orgánoch. Preto musí vnútorný tok tepla smerovať do kože, aby sa z tela odstránil. Prenos tepla z vnútorných orgánov sa uskutočňuje vedením tepla (týmto spôsobom sa prenáša menej ako 50% tepla) a konvekciou, teda prenosom tepla a hmoty. Krv je vďaka svojej vysokej tepelnej kapacite dobrým vodičom tepla.
Druhým tepelným tokom je tok smerujúci z pokožky do životného prostredia. Nazýva sa to vonkajší tok. Vzhľadom na mechanizmy prenosu tepla sa týmto prúdením zvyčajne myslí.
Prenos tepla do životného prostredia sa uskutočňuje pomocou 4 hlavných mechanizmov:
1) odparenie;
2) vedenie tepla;
3) tepelné žiarenie;
4) konvekcia.
Mechanizmy prenosu tepla a regulácia tepla.
K - kôra, Kzh - pokožka, CGT - centrá hypotalamu, Cdc - vazomotorické centrum, PM - medulla oblongata, Cm - miecha, Gf - hypofýza, TG - hormón stimulujúci štítnu žľazu, IVS - endokrinné žľazy, GM - hormóny, Ptr - tráviaci trakt trakt, Kc - krvné cievy, L - pľúca, a, b - prúdia aferentné impulzy.
Príspevok každého mechanizmu k prenosu tepla je určený stavom prostredia a rýchlosťou výroby tepla v tele. V podmienkach tepelnej pohody sa väčšina tepla vydáva v dôsledku vedenia tepla, tepelného žiarenia a konvekcie a iba 19-20% - odparovaním. Pri vysokých teplotách okolia sa odparovaním uvoľňuje až 75 - 90% tepla.
Vedenie tepla je spôsob vydávania tepla telu, ktoré je v priamom kontakte s ľudským telom. Čím nižšia je teplota tohto telesa, tým vyšší je teplotný gradient, tým vyššia je miera tepelných strát v dôsledku tohto mechanizmu. Zvyčajne sa tento spôsob uvoľňovania tepla obmedzuje na odev a vzdušný priestor, ktoré sú dobrými tepelnými izolátormi, ako aj na podkožný tuk. Čím je táto vrstva silnejšia, tým menšia je pravdepodobnosť prenosu tepla do studeného tela.
Tepelné žiarenie - prenos tepla z oblastí pokožky, ktoré nie sú zakryté odevom. Stáva sa dlhou vlnou infra červená radiácia, preto sa tento typ prenosu tepla nazýva aj radiačný prenos tepla. V podmienkach tepelnej pohody vďaka tomuto mechanizmu sa prenáša až 60% tepla. Účinnosť tepelného žiarenia závisí od teplotného gradientu (čím je vyšší, tým viac tepla sa uvoľňuje), od oblasti, z ktorej žiarenie vzniká, od počtu objektov v prostredí, ktoré absorbujú infračervené lúče.
Konvekcia. Vzduch v kontakte s pokožkou sa ohrieva a stúpa, na jeho miesto prichádza „studená“ časť vzduchu atď. Týmto spôsobom sa v dôsledku prenosu tepla a hmoty za podmienok tepelnej pohody uvoľňuje až 15% tepla.
Vo všetkých vyššie uvedených mechanizmoch hrá dôležitú úlohu kožný prietok krvi: keď sa jeho intenzita zvyšuje v dôsledku zníženia tónu buniek hladkého svalstva arteriol a uzavretia arteriovenóznych skratov, prenos tepla sa významne zvyšuje. To je tiež uľahčené zvýšením objemu cirkulujúcej krvi: čím vyššia je jej hodnota, tým vyššia je možnosť prenosu tepla do životného prostredia. V chlade nastávajú opačné procesy - kožný prietok krvi klesá, a to aj vďaka priamemu prenosu arteriálnej krvi z tepien do žíl, obchádzaniu kapilár, zmenšuje sa objem cirkulujúcej krvi a mení sa aj behaviorálna odpoveď: človek alebo zviera sa inštinktívne postaví do „loptičky“, pretože V tomto prípade sa plocha prenosu tepla zníži o 35%, u zvierat sa k tomu pridá reakcia - „husie kožné vyrážky“ - zdvíhanie chlpov kože (piloerekcia), čo zvyšuje celulárnosť pokožky a znižuje možnosť prenosu tepla.
Ruky tvoria malú časť povrchu tela - iba 6%, ale ich pokožka dodáva až 60% tepla pomocou mechanizmu prenosu suchého tepla (tepelné žiarenie, konvekcia).
Odparovanie. K návratu tepla dochádza v dôsledku výdaja energie (0,58 kcal na 1 ml vody) na odparenie vody. Existujú dva typy odparovania alebo potenia: nepostrehnuteľné a citeľné potenie.
a) nepostrehnuteľné potenie je odparovanie vody zo slizníc dýchacích ciest a vody presakujúcej epitelom kože (tkanivová tekutina). Počas dňa dýchacími cestami sa bežne odparí až 400 ml vody, t. J. 400 x 0,58 kcal \u003d 232 kcal / deň. V prípade potreby je možné túto hodnotu zvýšiť v dôsledku takzvanej tepelnej dyspnoe, ktorá je spôsobená vplyvom neurónov centra na prenos tepla na respiračné neuróny mozgového kmeňa.
V priemere cez pokožku presakuje asi 240 ml vody denne. Preto sa z tohto dôvodu udáva 240 0,58 kcal \u003d 139 kcal / deň. Táto hodnota nezávisí od regulačných procesov a rôzne faktory Streda.
Oba typy nepostrehnuteľného potenia za deň vám umožňujú dať (400 + 240) 0,58 \u003d 371 kcal.
b) citeľné potenie (uvoľňovanie tepla odparením potu). V priemere sa denne pri pohodlnej teplote prostredia uvoľní 400 - 500 ml potu, preto sa z neho vydáva až 300 kcal. Ak je to však potrebné, objem potenia sa môže zvýšiť na 12 L / deň, to znamená, že sa potením môžete vzdať takmer 7 000 kcal za deň. Potné žľazy môžu vyprodukovať až 1,5 litra za hodinu a podľa niektorých zdrojov až 3 litre potu.
Účinnosť odparovania vo veľkej miere závisí od prostredia: čím vyššia je teplota a tým nižšia je vlhkosť vzduchu (nasýtenie vzduchu vodnými parami), tým vyššia je účinnosť potenia ako mechanizmu prenosu tepla. Pri 100% nasýtení vzduchom vodnou parou je odparenie nemožné.
Potné žľazy sú tvorené koncom alebo telom a potným potrubím, ktoré sa potom otvára smerom von. Podľa povahy sekrécie sa potné žľazy delia na ekrinné (merokrinné) a apokrinné. Apokrinné žľazy sú lokalizované hlavne v podpazuší, v lonovej oblasti, ako aj v stydkých pyskoch, perineu a areole mliečnej žľazy. Apokrinné žľazy vylučujú tukovú látku bohatú na organické zlúčeniny. O ich inervácii sa diskutuje - niektorí tvrdia, že je adrenergná sympatiková, iní sa domnievajú, že absentuje úplne a tvorba tajomstva závisí od hormónov drene nadobličiek (adrenalín a noradrenalín).
Modifikované apokrinné žľazy sú mihalnice umiestnené vo viečkach v blízkosti rias, ako aj žľazy produkujúce ušný maz vo vonkajšom zvukovode a nosné žľazy (vestibulárne žľazy). Apokrinné žľazy však nie sú zapojené do odparovania. Ekrinné alebo merokrinné potné žľazy sa nachádzajú v koži takmer všetkých oblastí tela. Celkovo ich je viac ako 2 milióny (aj keď sú ľudia, ktorým ich takmer úplne chýbajú). Väčšina potných žliaz je na dlaniach a chodidlách (viac ako 400 na 1 cm 2) a na koži pubisu (asi 300 na 1 cm 2). Rýchlosť potenia, ako aj zahrnutie potných žliaz do činnosti, sa v rôznych častiach tela veľmi líšia.
Chemicky je pot hypotonickým roztokom: obsahuje 0,3% chloridu sodného (takmer 0,9% v krvi), močovinu, glukózu, aminokyseliny, amónium, malé množstvo kyseliny mliečnej. PH potu sa pohybuje od 4,2 do 7, priemerné pH \u003d 6. Merná hmotnosť - 1,001 - 1,006. Pretože pot je hypotonické prostredie, pri nadmernom potení sa stráca viac vody ako solí a v krvi môže dôjsť k zvýšeniu osmotického tlaku. Silné potenie je teda plné zmien metabolizmu vody a soli.
Potné žľazy sú inervované sympatickými cholinergnými vláknami - na ich zakončeniach sa uvoľňuje acetylcholín, ktorý interaguje s M-cholinergnými receptormi a zvyšuje produkciu potu. Pregangliové neuróny sa nachádzajú v bočných stĺpcoch miechy na úrovni Th2-L2 a postgangliové neuróny sa nachádzajú v sympatickom kmeni.
Ak je potrebné zvýšiť prestup tepla odparením, aktivujú sa neuróny kôry, limbický systém a hlavne hypotalamus. Z hypotalamových neurónov idú signály do neurónov miechy a do procesu potenia sa postupne zapájajú rôzne oblasti pokožky: najskôr tvár, čelo, krk, potom kmeň a končatiny.
Existuje mnoho spôsobov, ako aktívne ovplyvniť proces potenia. Napríklad veľa antipyretických liekov alebo antipyretík: aspirín a iné salicyláty zvyšujú potenie a tým znižujú telesnú teplotu (k zvýšenému prenosu tepla dochádza odparovaním). Diaforeticky pôsobia aj súkvetia lipy, malín, listov podbeľa.
METABOLIZMUS
Metabolizmus je proces metabolizmu látok, ktoré vstupujú do tela, v dôsledku čoho sa z týchto látok môžu vytvárať zložitejšie alebo naopak jednoduchšie látky.
Ľudské telo je rovnako ako organizmy iných predstaviteľov živočíšneho a rastlinného sveta otvoreným termodynamickým systémom. Neustále prijíma prúd voľnej energie. Zároveň dodáva prostrediu energiu, hlavne znehodnotenú (združenú). Vďaka týmto dvom tokom zostáva entropia živého organizmu (stupeň poruchy, chaosu, degradácie) na konštantnej (minimálnej) úrovni. Keď sa z nejakého dôvodu zníži tok voľnej energie (negentropia) (alebo sa zvýši tvorba viazanej energie), potom sa zvýši celková entropia organizmu, čo môže viesť k jeho termodynamickej smrti.
Podľa termodynamiky živých systémov je život bojom proti entropii, bojom medzi usporiadaním systému a degradáciou. Podľa známej prigogínovej rovnice dôjde k minimálnemu zvýšeniu entropie, ak sa rýchlosť negentropického toku rovná rýchlosti toku entropie do média.
Energia zadarmo pre telo môže pochádzať iba z potravy. Je akumulovaný v zložitých chemických väzbách bielkovín, tukov a sacharidov. Na uvoľnenie tejto energie sa živiny najskôr hydrolyzujú a potom oxidujú za anaeróbnych alebo aeróbnych podmienok.
V procese hydrolýzy, ktorá sa vykonáva v gastrointestinálny trakt, uvoľní sa malá časť voľnej energie (menej ako 0,5%). Nemôže sa použiť pre potreby bioenergie, pretože sa nehromadí v makroergoch, ako je ATP. Premieňa sa iba na tepelnú energiu (primárne teplo), ktorú telo využíva na udržanie teplotnej homeostázy.
2. stupeň uvoľňovania energie je proces anaeróbnej oxidácie. Táto metóda predovšetkým uvoľňuje asi 5% všetkej voľnej energie z glukózy, keď je oxidovaná na kyselinu mliečnu. Táto energia je však akumulovaná makroergickým ATP a používa sa na vykonávanie užitočnej práce, napríklad na kontrakciu svalov, na činnosť sodno-draselnej pumpy, ale nakoniec sa tiež zmení na teplo, ktoré sa nazýva sekundárne teplo.
3. etapa - hlavná fáza uvoľňovania energie - až 94,5% všetkej energie, ktorá sa môže uvoľniť v tele. Tento proces sa uskutočňuje v Krebsovom cykle: oxiduje kyselinu pyrohroznovú (produkt oxidácie glukózy) a acetyl koenzým A (produkt oxidácie aminokyselín a mastných kyselín). V procese aeróbnej oxidácie sa uvoľňuje voľná energia v dôsledku oddelenia vodíka a prenosu jeho elektrónov a protónov pozdĺž reťazca dýchacích enzýmov na kyslík. K uvoľňovaniu energie súčasne nedochádza súčasne, ale postupne sa preto väčšina tejto voľnej energie (približne 52 - 55%) môže akumulovať do energie makroergu (ATP). Zvyšok sa stratí ako primárne teplo v dôsledku „nedokonalosti“ biologickej oxidácie. Po využití voľnej energie uloženej v ATP na vykonanie užitočnej práce sa premení na sekundárne teplo.
Takže všetka voľná energia, ktorá sa uvoľňuje počas oxidácie živín, sa nakoniec premení na tepelnú energiu. Preto je meranie množstva tepelnej energie, ktoré telo vydáva, metódou na stanovenie spotreby energie v tele.
V dôsledku oxidácie sa glukóza, aminokyseliny a mastné kyseliny v tele premieňajú na oxid uhličitý a vodu.
Energetický metabolizmus živočíšneho organizmu (hrubý metabolizmus) pozostáva zo základného metabolizmu a pracovného doplnku základného metabolizmu. Počiatočnou hodnotou úrovne metabolických procesov je bazálny metabolizmus. Uvedené štandardné podmienky na stanovenie bazálneho metabolizmu charakterizujú tie faktory, ktoré môžu ovplyvniť intenzitu metabolických procesov u ľudí. Napríklad rýchlosť metabolizmu podlieha denným výkyvom, ktoré sa zvyšujú ráno a znižujú sa v noci. Intenzita výmeny stúpa aj pri fyzickej a duševnej práci. Spotreba živín a ich ďalšie trávenie má výrazný vplyv na hladinu metabolizmu, najmä ak sú živiny bielkovinovej povahy. Tento jav sa nazýva špecificky dynamické pôsobenie potravy. Zvýšenie rýchlosti metabolizmu po konzumácii bielkovinových jedál môže trvať 12 - 18 hodín. A nakoniec, ak teplota okolia klesne pod komfortnú teplotu, intenzita metabolických procesov sa zvýši. Posuny smerom k ochladeniu vedú k väčšiemu zvýšeniu metabolizmu ako príslušné posuny k vyšším teplotám.
Aj pri úplnom a dôslednom dodržiavaní štandardných podmienok sa bazálny metabolizmus u zdravých ľudí môže líšiť. Táto variabilita sa vysvetľuje rozdielmi vo veku, pohlaví, výške a telesnej hmotnosti. Hodnota 4,2 kJ / kg h sa spravidla berie ako približná hodnota štandardnej (základnej) rýchlosti metabolizmu; pre osobu s hmotnosťou 70 kg je zodpovedajúca bazálna metabolická rýchlosť približne 7100 kJ / deň (1700 kcal / deň).
VÝŽIVA
Výživa je proces asimilácie látok nevyhnutných na budovanie a obnovu tkanív tela a na pokrytie nákladov na energiu.
Vývoj výživových potrieb živočíšnych organizmov vo všeobecnosti zahŕňal proces obmedzenia ich vlastnej syntézy mnohých zlúčenín pri súčasnom rozšírení spotreby určitých druhov organických zlúčenín. To viedlo k izolácii celej skupiny látok nevyhnutných pre vyššie zvieratá a ľudí, ktorá je nevyhnutná pre metabolizmus, ale nie je syntetizovaná nezávisle.
Používanie potravinárskych výrobkov pozostávajúcich hlavne z komplexných zlúčenín rastlinného alebo živočíšneho pôvodu na energetické alebo plastové potreby tela je možné až po hydrolýze týchto prostriedkov a premene na pomerne jednoduché zlúčeniny bez druhovej špecifickosti. Výživové potreby rôznych druhov zvierat sa líšia v závislosti od toho, ktoré živiny je telo schopné syntetizovať a ktoré musia pochádzať zvonku. Väčšina rozdielov v nutričných požiadavkách však spočíva v spôsobe trávenia potravy (hydrolyzácie). Je to spôsobené tým, že vo vyšších živočíšnych organizmoch prebiehajú podobné metabolické procesy medziproduktu.
Pri metabolizme (metabolizme) a energii sa rozlišujú dva procesy: anabolizmus a katabolizmus. Anabolizmus sa chápe ako súbor procesov zameraných na budovanie štruktúr tela, hlavne syntézou komplexných organických látok; pod katabolizmom - súbor procesov rozkladu zložitých organických zlúčenín a použitie výsledných pomerne jednoduchých látok v procesoch výmeny energie. Anabolizmus a katabolizmus sú založené na procesoch asimilácie a disimilácie, ktoré sú navzájom spojené v tele a sú vyvážené v normálnom tele.
Potreby zvierat sú vo všeobecnosti dosť homogénne: na výmenu energie potrebujú živiny podobnej štruktúry; v látkach, ako sú aminokyseliny, puríny a niektoré lipidy, na tvorbu komplexných molekúl bielkovín a bunkových štruktúr; v špeciálnych katalyzátoroch metabolizmu a stabilizátoroch bunkových membrán; v anorganických iónoch a zlúčeninách pre fyzikálno-chemické procesy v tele a nakoniec v univerzálnom biologickom rozpúšťadle - vode - na vytvorenie prostredia pre bunkový metabolizmus.
V konečnom dôsledku zloženie potravy vysoko organizovaných organizmov zahŕňa organické látky, ktorých drvivá väčšina súvisí s bielkovinami, lipidmi a sacharidmi. Produkty ich hydrolýzy - aminokyseliny, mastné kyseliny, glycerín a monosacharidy - sa používajú na dodanie energie telu. V procesoch výmeny energie sú aminokyseliny, mastné kyseliny a monosacharidy prepojené bežnými cestami ich premeny. Preto ako nosiče energie môžu byť potravinové látky zameniteľné v súlade s energetickou hodnotou (izodynamické pravidlo).
Energetická (kalorická) hodnota potravy sa odhaduje podľa množstva tepelnej energie uvoľnenej pri horení 1 g potravinovej látky (fyziologické spaľovacie teplo), ktoré sa tradične vyjadruje v kilokalóriách alebo pomocou SI - v jouloch (1 kcal \u003d 4,187 kJ). Výpočty ukázali, že energetická hodnota tukov (38,9 kJ / g; 9,3 kcal / g) je dvakrát vyššia ako energetická hodnota bielkovín a sacharidov (17,2 kJ / g; 4,1 kcal / g). Bielkoviny a sacharidy majú rovnakú energetickú hodnotu a dajú sa nahradiť 1: 1 v hmotnostnom pomere.
Na udržanie stacionárneho stavu tela musia byť celkové náklady na energiu pokryté príjmom živín, ktoré vo svojich chemických väzbách nesú ekvivalentný prísun energie. Ak množstvo prichádzajúcich potravín na pokrytie výdavkov na energiu nie je dostatočné, potom sú výdavky na energiu kompenzované vnútornými zásobami, hlavne tukom. Ak množstvo prichádzajúcej potravy z hľadiska zdrojov energie presahuje spotrebu energie, potom proces ukladania tukov prebieha bez ohľadu na zloženie potravy.
Malo by sa však vždy pamätať na to, že tieto tri zdroje energie sú tiež plastickým materiálom živočíšneho organizmu. Preto je neprijateľné dlhodobé vylúčenie jednej z troch živín z potravy a nahradenie energeticky ekvivalentným množstvom inej látky.
ZÁVER
Život je spojený s nepretržitým výdajom energie, ktorá je nevyhnutná pre fungovanie tela. Z hľadiska termodynamiky patria živé organizmy do otvorených systémov, pretože pre svoju existenciu si neustále vymieňajú látky a energiu s vonkajším prostredím. Zdrojom energie živých organizmov sú chemické premeny organických látok pochádzajúcich z životného prostredia. Transformácia týchto látok z komplexnej na jednoduchú vedie k uvoľneniu energie obsiahnutej v chemických väzbách. Extrakcia energie z chemických väzieb sa uskutočňuje hlavne pri spotrebe molekulárneho kyslíka (aeróbny metabolizmus); oxidácii v mnohých reťazcoch predchádza anoxické štiepenie (anaeróbna výmena).
Hlavným akumulátorom energie na jej použitie v bunkových procesoch je adenozíntrifosfát (ATP). Pomocou energie ATP je možné syntetizovať bielkoviny, deliť bunky, udržiavať ich osmotický gradient, kontrakciu svalov atď. Podľa prvého termodynamického zákona sa chemická energia ATP, ktorá prechádza medzistupňami, nakoniec premení na teplo, ktoré telo stratí. Preto je intenzita výmeny energie v tele súčtom energetického výdaja na funkciu bunkových systémov, uskladnená energia a jeho straty vo forme tepla.
Život organizmu závisí od priebehu chemických reakcií s premenou všetkých druhov energie na teplo. Rýchlosť chemických reakcií, a teda aj výmena energie, závisí od teploty tkanív. Teplo ako konečná premena energie je schopné prechádzať z oblasti s vyššou teplotou do oblasti s nižšou teplotou. Teplota tkanív je určená pomerom rýchlosti produkcie metabolického tepla ich bunkových štruktúr a rýchlosti rozptýlenia výsledného tepla do životného prostredia. Výmena tepla medzi organizmom a vonkajším prostredím je preto nevyhnutnou podmienkou pre existenciu živočíšnych organizmov. Na udržanie normálnej (optimálnej) telesnej teploty majú živočíšne organizmy systém regulácie výmeny tepla s prostredím.
Živočíšne organizmy sa dajú rozdeliť na poikilotermické a homeotermické. Poikilotermické (stojace na spodných priečkach fylogenetického rebríka) majú nedokonalé, ale stále dosť účinné mechanizmy termoregulácie. Medzi tieto mechanizmy patrí chemický systém teplotnej kompenzácie, ktorý umožňuje udržiavať stabilnú výmenu energie s výraznými zmenami teploty tela, termoreguláciu podľa správania (voľba optimálnej teploty prostredia) a teplotnú hysterézu (schopnosť rýchlejšie zachytávať teplo z vonkajšieho prostredia, ako sa stráca).
Homeotermia je neskoršia akvizícia vývoja zvieracieho sveta. Vtáky a cicavce sa označujú ako skutočne homeotermické zvieratá, pretože sú schopné udržiavať konštantnú telesnú teplotu do 2 ° C a pomerne veľké výkyvy teploty vonkajšieho prostredia.
Homeotermia je založená na vyššej úrovni výmeny energie ako u poikilotermných zvierat v dôsledku zvýšenej úlohy hormónov štítnej žľazy, ktoré stimulujú prácu bunkovej sodíkovej pumpy. Vysoká výmena energie viedla k vytvoreniu dokonalých mechanizmov na reguláciu tepelnej energie v tele.
Množstvo zvierat patrí do skupiny heterotermálnych organizmov: za určitých podmienok sú to poikilotermické organizmy, za iných sú zase homeotermické.
Na udržanie stálej telesnej teploty majú homeotermické zvieratá chemickú a fyzikálnu termoreguláciu. Fyzikálna termoregulácia sa uskutočňuje zmenou tepelnej vodivosti povrchových tkanív tela (zmeny prietoku krvi pokožkou, piloerekcia, odparovanie vlhkosti z povrchu tela alebo ústnej dutiny).
Chemická termoregulácia sa uskutočňuje zvýšením produkcie tepla v tele. Existujú dva hlavné zdroje chemickej termoregulácie (regulovaná tvorba tepla): kontraktilná termogenéza v dôsledku dobrovoľnej činnosti pohybového aparátu, termoregulačný tonus a tras svalov, a kontraktilná termogenéza v dôsledku hnedého tukového tkaniva, špecificko-dynamické pôsobenie potravy atď.
Výmena tepla je riadená činnosťou termoreceptorov, z ktorých sa informácie odosielajú do centra termoregulácie hypotalamu, ktoré riadi reakcie chemickej a fyzikálnej termoregulácie.
Dlhodobé vystavenie vysokým alebo nízkym teplotám okolia vedie k významným zmenám vo vlastnostiach tela a zvyšuje sa jeho odolnosť voči pôsobeniu zodpovedajúcich teplotných faktorov.
Konštrukcia a obnova telesných tkanív, ako aj pokrytie energetického výdaja tela, musia byť zabezpečené primeranou výživou. V metabolizme a energii sa rozlišujú dva procesy: anabolizmus a katabolizmus. Anabolizmus sa chápe ako súbor procesov zameraných na budovanie štruktúr tela predovšetkým syntézou komplexných organických látok. Katabolizmus je súbor procesov rozkladu zložitých organických látok za účelom uvoľňovania energie. Anabolizmus a katabolizmus sú založené na procesoch asimilácie a disimilácie, ktoré sú navzájom prepojené a vyvážené.
Výživové potreby zvierat sú dosť homogénne: látky potrebné na energetický metabolizmus (bielkoviny, tuky, uhľohydráty), látky potrebné na stavbu komplexných molekúl bielkovín a bunkových štruktúr (aminokyseliny, puríny, lipidy, uhľohydráty), špeciálne metabolické katalyzátory (vitamíny) a stabilizátory bunkových membrán (antioxidanty). , anorganické ióny a univerzálne biologické rozpúšťadlo - voda.
Energetická hodnota potravy je určená množstvom tepelnej energie uvoľnenej pri spaľovaní 1 g potravinovej látky (fyziologické spaľovacie teplo).
Racionálna výživa sa chápe ako výživa, ktorá je kvantitatívne a kvalitatívne dostatočná. Základom vyváženej stravy je rovnováha, to znamená optimálny pomer skonzumovanej potravy. Vyvážená strava by mala obsahovať bielkoviny, tuky a sacharidy v hromadnom množstve, približne 1: 1: 4. Kvalitatívne by jedlo malo byť kompletné, to znamená obsahovať bielkoviny (vrátane esenciálnych aminokyselín), esenciálne mastné kyseliny (tzv. Vitamín F), vitamíny, ktoré sú väčšinou súčasťou katalytických systémov, a veľká skupina látok podobných vitamínom, anorganické prvky a voda. ...
BIBLIOGRAFIA
1) McMurey V. Metabolizmus u ľudí. M., 1980.
2) Norton A., Edholm O. Muž v chladných podmienkach. M., 1957.
3) Všeobecný kurz ľudskej fyziológie a zvierat / editoval A.D. Nozdrachev. M., 1991. 2.
4) Základy fyziológie / vyd. P. Sterki. M., 1984.
5) Slonim A. D. Evolúcia termoregulácie. L., 1986.
6) Fyziológia termoregulácie: Fyziologický manuál / vyd. K. P. Ivanova. L., 1984.
7) Fyziológia človeka / vyd. N.A. Agadzhanyan, V.I. Tsirkin. SPb., 1998.
8) Fyziológia človeka / vyd. R. Schmidt, G. Tevs. M., 1986.T. 4.
Termoregulácia Je proces, ktorý zaisťuje schopnosť tela udržiavať telesnú teplotu na určitej úrovni bez ohľadu na teplotu okolia.
Termoregulačné centrum môže byť vzrušené ako humorne (teplotou krvi, ktorá ním preteká), tak reflexne (ak je podráždený pôsobením tepla alebo chladu na kožné receptory). Excitácia termoregulačného centra aktivuje všetky termoregulačné mechanizmy: intenzitu oxidačných procesov, tonus kostrového svalstva, vazomotorické reakcie, vylučovanie potných žliaz, dýchacie pohyby. Intenzita oxidačných procesov sa môže meniť buď prostredníctvom autonómneho nervového systému, alebo zmenou vylučovania hormónov štítnej žľazy a drene nadobličiek. Zmeny svalovej práce, vazodilatácia alebo vazokonstrikcia, sekrécia potu, zmeny dýchacích pohybov sa vyskytujú reflexne cez vazomotorické, dýchacie a potné centrá.
Cortex
Centrum termoregulácie je zase pod kontrolou mozgovej kôry. Ak je zviera v určitom prostredí vystavené prehriatiu a dôjde v ňom k príslušným regulačným reakciám, potom po určitom čase samotné prostredie (bez prehriatia) spôsobí rovnaké reakcie ako prehriatie. Dochádza tu teda k podmienenej reflexnej reakcii za účasti mozgovej kôry.
Teplotné limity života sú veľmi široké. Spóry mnohých baktérií vydržia zahriatie na 150 ° a niektoré z nich nestrácajú svoju životaschopnosť pri teplotách blízkych absolútnej nule. Na druhej strane, niektoré nálevníky žijú v horúcich prameňoch Ischie (Taliansko) pri teplote asi 85 °. Stále tu zostáva veľa nedostatočne preštudovaných. Ryby, hmyz a dokonca aj cicavce môžu byť zmrazené a potom jemne rozmrazené. Napríklad kapor bol zmrazený na 15 ° pod nulou a znova, postupne hnilý, privádzaný späť k životu, ale zmrazenie najmenej o jeden stupeň pod 15 je pre zviera už smrteľné. Je však tiež známe, že pri zmrazení spermií na teplotu blízku mínus 200 ° a pri dlhodobom skladovaní pri tejto teplote si významná časť z nich zachováva normálnu životaschopnosť a schopnosť oplodnenia.
Na tejto stránke materiál k témam:
U teplokrvných zvierat a ľudí (takzvané homeotermické organizmy) je na rozdiel od chladnokrvných (alebo poikilotermných) organizmov konštantná telesná teplota nevyhnutným predpokladom existencie, jedným z hlavných parametrov homeostázy (alebo stálosti) vnútorného prostredia tela.
Fyziologické mechanizmy zabezpečujúce tepelnú homeostázu organizmu (jeho „jadra“) sa dajú rozdeliť do dvoch funkčných skupín: mechanizmy chemickej a fyzikálnej termoregulácie. Chemická termoregulácia je regulácia produkcie tepla v tele. Počas redoxných reakcií metabolizmu sa v tele neustále vytvára teplo. Zároveň sa jeho časť dáva do vonkajšieho prostredia, čím viac, tým väčší je rozdiel medzi teplotou tela a prostredím. Preto udržanie stabilnej telesnej teploty so znížením teploty prostredia si vyžaduje zodpovedajúce zvýšenie metabolických procesov a sprievodného generovania tepla, ktoré kompenzuje tepelné straty a vedie k udržaniu celkovej tepelnej bilancie tela a udržaniu konštantnej vnútornej teploty. Proces reflexného zvýšenia výroby tepla v reakcii na pokles teploty okolia sa nazýva chemická termoregulácia. Uvoľňovanie energie vo forme tepla sprevádza funkčné zaťaženie všetkých orgánov a tkanív a je charakteristické pre všetky živé organizmy. Špecifikom ľudského tela je, že zmena výroby tepla ako reakcia na meniacu sa teplotu predstavuje špeciálnu reakciu tela v nich, ktorá nemá vplyv na úroveň fungovania hlavných fyziologických systémov.
Špecifická produkcia termoregulačného tepla sa sústreďuje hlavne v kostrových svaloch a je spojená so špeciálnymi formami fungovania svalov, ktoré neovplyvňujú ich priamu motorickú aktivitu. K zvýšeniu tvorby tepla počas ochladzovania môže dôjsť aj v pokoji odpočívajúcom svale, ako aj vtedy, keď je kontraktilná funkcia umelo vypnutá pôsobením konkrétnych jedov.
Jedným z najbežnejších mechanizmov špecifickej produkcie termoregulačného tepla vo svaloch je takzvaný termoregulačný tón. Vyjadruje sa to mikrokontrakciami fibríl, ktoré sa zaznamenávajú ako zvýšenie elektrickej aktivity externe nepohyblivého svalu, keď je ochladený. Termoregulačný tón zvyšuje spotrebu kyslíka vo svale, niekedy až o 150%. Pri silnejšom ochladení spolu s prudkým zvýšením termoregulačného tonusu sú zahrnuté viditeľné svalové kontrakcie vo forme zimomriavky. V takom prípade sa výmena plynu zvýši na 300 - 400%. Je charakteristické, že svaly sú nerovnaké, pokiaľ ide o ich podiel na tvorbe termoregulačného tepla.
Pri dlhodobom vystavení chladu je možné kontraktilný typ termogenézy do istej miery nahradiť (alebo doplniť) zmenou tkanivového dýchania vo svale na takzvanú voľnú (nefosforylačnú) dráhu, v ktorej vypadáva fáza tvorby a následného rozpadu ATP. Tento mechanizmus nie je spojený so svalovou kontraktilnou aktivitou. Celková hmotnosť tepla uvoľneného pri voľnom dýchaní je prakticky rovnaká ako pri kvasinkovej termogenéze, ale väčšina tepelnej energie sa spotrebuje okamžite a nedostatok ADP alebo anorganického fosforečnanu nemôže inhibovať oxidačné procesy.
Posledná okolnosť vám umožňuje dlhodobo si slobodne udržiavať vysokú úroveň tvorby tepla.
Zmeny v intenzite metabolizmu spôsobené vplyvom teploty prostredia na ľudský organizmus sú prirodzené. V určitom rozmedzí vonkajších teplôt je produkcia tepla zodpovedajúca výmene odpočívajúceho organizmu úplne kompenzovaná jeho „normálnym“ (bez aktívneho zosilňovania) prenosom tepla. Výmena tepla medzi organizmom a prostredím je vyvážená. Tento teplotný rozsah sa nazýva termoneutrálna zóna. Výmenný kurz v tejto zóne je minimálny. Často hovoria o kritickom bode, z čoho vyplýva konkrétna hodnota teploty, pri ktorej sa dosiahne tepelná rovnováha s prostredím. Teoreticky je to pravda, ale je takmer nemožné experimentálne stanoviť taký bod kvôli neustálym nepravidelným výkyvom metabolizmu a nestabilite tepelnoizolačných vlastností krytov.
Pokles teploty prostredia mimo termoneutrálnej zóny spôsobuje reflexné zvýšenie úrovne metabolizmu a tvorby tepla, kým sa tepelná rovnováha tela nevyrovná za nových podmienok. Z tohto dôvodu zostáva telesná teplota nezmenená.
Zvýšenie teploty prostredia mimo termoneutrálnej zóny tiež spôsobuje zvýšenie úrovne metabolizmu, čo je spôsobené aktiváciou mechanizmov aktivujúcich prenos tepla, ktoré si na svoju prácu vyžadujú dodatočnú spotrebu energie. To vytvára zónu fyzickej termoregulácie, počas ktorej zostáva tiež stabilná teplota. Po dosiahnutí určitého prahu sa mechanizmy na zvýšenie prenosu tepla ukážu ako neúčinné, začne sa prehrievanie a nakoniec smrť organizmu.
Už v roku 1902 Rubner navrhol rozlišovať medzi dvoma typmi týchto mechanizmov - „chemickou“ a „fyzickou“ termoreguláciou. Prvý je spojený so zmenou produkcie tepla v tkanivách (stres chemických výmenných reakcií), druhý je charakterizovaný prenosom tepla a redistribúciou tepla. Spolu s krvným obehom zohráva potenie dôležitú úlohu vo fyzickej termoregulácii, preto má pokožka špeciálnu funkciu prenosu tepla - tu sa ochladzuje krv zahrievaná vo svaloch alebo v „jadre“, realizujú sa tu mechanizmy potenia a potenia.
b V "norme" je možné zanedbávať vedenie tepla, pretože tepelná vodivosť vzduchu je nízka. Tepelná vodivosť vody je 20-krát vyššia; preto zohráva prenos tepla vedením dôležitú úlohu a stáva sa významným faktorom podchladenia v prípade vlhkého oblečenia, vlhkých ponožiek atď.
b Efektívnejší prenos tepla prúdením (t. j. pohybom častíc plynu alebo kvapaliny, zmiešaním ich vyhrievaných vrstiev s ochladenými). Vo vzduchu, aj za pokojných podmienok, predstavuje konvekčný prenos tepla až 30% tepelných strát. Úloha konvekcie vo vetre alebo počas pohybu človeka sa ešte zvyšuje.
b Prevod tepla žiarením z ohriateho tela do studeného sa uskutočňuje podľa zákona Stefana-Boltzmanna a je úmerný rozdielu štvrtých stupňov teploty kože (odevu) a povrchu okolitých predmetov. Takto v podmienkach „pohodlia“ dáva nahý človek až 45% tepelnej energie, ale pre teplo oblečeného človeka nehrá tepelná strata žiarenia zvláštnu úlohu.
b Odparovanie vlhkosti z pokožky a povrchu pľúc je tiež efektívnym spôsobom prenosu tepla (až do 25%) v podmienkach „pohodlia“. V podmienkach vysokých teplôt prostredia a intenzívnej svalovej činnosti hrá dominantnú úlohu prenos tepla odparovaním potu - pri 1 grame potu sa odvádza 0,6 kcal energie. Nie je ťažké vypočítať celkové množstvo strateného tepla potom, ak vezmeme do úvahy, že za podmienok intenzívnej svalovej činnosti môže človek za osemhodinový pracovný deň podať až 10 - 12 litrov tekutín. V chlade sú tepelné straty potom u dobre oblečeného človeka malé, ale aj tu je potrebné počítať s prenosom tepla v dôsledku dýchania. V tomto procese sa kombinujú dva mechanizmy prenosu tepla naraz - konvekcia a odparovanie. Strata tepla a tekutín pri dýchaní je pomerne významná, najmä pri intenzívnej svalovej aktivite v podmienkach nízkej vlhkosti vzduchu.
Významným faktorom ovplyvňujúcim procesy termoregulácie sú vazomotorické (vazomotorické) reakcie kože. Pri najvýraznejšom zúžení cievneho riečiska sa tepelné straty môžu znížiť o 70%, pri maximálnej expanzii - zvýšiť o 90%.
Druhové rozdiely v chemickej termoregulácii sú vyjadrené v rozdiele v úrovni hlavného (v zóne termoneutality) metabolizmu, polohy a šírky termoneutrálnej zóny, intenzity chemickej termoregulácie (zvýšenie metabolizmu so znížením teploty média o 1 „C), ako aj v rozmedzí účinného pôsobenia termoregulácie. Všetky tieto parametre odrážajú ekologická špecifickosť jednotlivých druhov a adaptívne sa menia v závislosti od geografickej polohy regiónu, ročného obdobia, nadmorskej výšky a množstva ďalších ekologických faktorov.
Regulačné reakcie zamerané na udržanie konštantnej telesnej teploty počas prehriatia sú predstavované rôznymi mechanizmami na zvýšenie prenosu tepla do vonkajšieho prostredia. Medzi nimi je rozšírený a vysoko účinný prenos tepla zosilnením odparovania vlhkosti z povrchu tela a / alebo horných dýchacích ciest. Keď sa vlhkosť odparí, teplo sa spotrebuje, čo môže pomôcť udržiavať tepelnú rovnováhu. Reakcia sa zapne, keď sa objavia príznaky začatia prehriatia tela.
Adaptívne zmeny výmeny tepla v ľudskom tele teda môžu byť zamerané nielen na udržanie vysokej úrovne metabolizmu, ako je to u väčšiny ľudí, ale aj na nastavenie nízkej úrovne v podmienkach, ktoré ohrozujú vyčerpanie energetických zásob.
Rovnako ako výkyvy kyslíka a pH, zmeny intracelulárnej teploty významne modulujú bunkový metabolizmus. Mnoho životne dôležitých enzýmov funguje v úzkom teplotnom rozmedzí, čo si vyžaduje vhodné mechanizmy na udržanie tepelnej rovnováhy.
Počas metabolizmu sa vytvára teplo. Akékoľvek zvýšenie bunkového metabolizmu (v dôsledku zvýšenia hladiny hormónov štítnej žľazy, adrenalínu alebo noradrenalínu v krvi, zvýšenia bazálneho metabolizmu alebo počas cvičenia) zvyšuje produkciu tepla. V ľudskom tele sa 60% všetkého tepla vytvára vo svaloch, 30% v pečeni, 10% v iných orgánoch. V priemere človek s hmotnosťou 70 kg za pokojových podmienok vydá asi 72 kcal / hodinu a na to, aby sa jeho teplota zvýšila o 1 ° C, musíte minúť asi 58 kcal.
Tepelná bilancia - to je pomer procesov výroby tepla, zadržiavania a prenosu tepla, t.j. rovnováha medzi systémami, ktoré vyrábajú teplo, a systémami, v ktorých sa toto teplo stráca.
Zahrejte výrobky je hlavne výsledkom biochemických procesov, prenos teplaa zadržiavanie tepla- hlavne výsledok fyzikálnych procesov.
Mechanizmy výroby tepla. Hlavné množstvo tepla v tele sa tvorí pri oxidácii bielkovín, tukov a sacharidov, ako aj v dôsledku hydrolýzy ATP. V podmienkach nízkej teploty okolia v tele sa aktivujú ďalšie mechanizmy výroby tepla:
1. Kontraktilná termogenéza (tvorba tepla v dôsledku kontrakcie kostrového svalstva):
a) dobrovoľná motorická činnosť;
b) chvenie studených svalov;
c) studený svalový tonus (zvýšenie svalového tonusu za studena).
2. Kontraktilná termogenéza (tvorba tepla v dôsledku aktivácie katabolických procesov - glykolýza, glykogenolýza, lipolýza). Možno ho pozorovať v kostrových svaloch, pečeni, hnedom tuku (v dôsledku špecifického dynamického pôsobenia potravy).
Mechanizmy prenosu tepla. Prenos tepla telom do životného prostredia sa uskutočňuje nasledujúcimi spôsobmi (obrázok):
1) odparovanie - prenos tepla v dôsledku odparovania vody;
2) vedenie tepla - prenos tepla priamym kontaktom so studeným okolitým vzduchom (pokles v prítomnosti odevu a vrstvy podkožného tuku);
3) tepelné žiarenie - prenos tepla z oblastí pokožky, ktoré nie sú zakryté odevom;
4) konvekcia - prenos tepla v dôsledku ohrevu susedných vrstiev vzduchu, zvýšenie týchto ohriatych vrstiev a ich nahradenie chladnými časťami vzduchu.
V podmienkach tepelnej pohody (20 - 22 ° C) sa hlavné množstvo tepla vydáva v dôsledku vedenia tepla, tepelného žiarenia a konvekcie a odparením sa stratí iba 20%. Pri vysokých teplotách okolia sa odparením stratí až 80 - 90% tepla.
Retenciu tepla zaisťuje vrstva podkožného tuku, vlasy, odevy a udržiavanie polohy, pri ktorej sú povrch tela a procesy prenosu tepla minimálne. U teplokrvných zvierat sa teplota udržuje na konštantnej hodnote. V tomto prípade existujú 2 zóny na udržanie telesnej teploty: homeotermálny„Jadro“ alebo „jadro“, kde je teplota skutočne udržiavaná konštantná a poikilotermický„Škrupina“ - všetky tkanivá umiestnené nie hlbšie ako 3 cm od povrchu tela (koža, podkožné tkanivo atď.), Ktorých teplota do značnej miery závisí od teploty okolia. Na stanovenie priemernej telesnej teploty použite Bartonov vzorec:
T telo \u003d 2/3 T jadro + 1/3 T plášť.
Kreslenie. (Ruff, 2001)
U ľudí sa priemerná teplota mozgu, krvi, vnútorných orgánov blíži k 37 o C. Fyziologická hranica jeho výkyvov je 1,5 o C. Teplota tela vyššia ako 43 o C je prakticky nezlučiteľná s ľudským životom. Existuje cirkadiánne, t.j. cirkadiánne výkyvy telesnej teploty do 1 ° C. Minimálna teplota sa pozoruje v skorých ranných hodinách, maximálna - popoludní.
Pri príjemnej teplote (20 - 22 o C) prostredia sa udržuje určitá rovnováha medzi výrobou a prenosom tepla. Pri teplote okolia pod 12 ° C sa zvyšuje retencia tepla a podľa toho aj výroba tepla, pri teplote okolia nad 22 ° C prevládajú procesy prenosu tepla a výroba tepla klesá.
Termoregulačné centrá sú v hypotalame. V prednom hypotalame - centrách prenosu tepla, v zadnej - centrách výroby tepla.
Termoreceptory sa nachádzajú v koži, vnútornostiach, dýchacích cestách, kostrových svaloch a centrálnom nervovom systéme. Väčšina termoreceptorov sa nachádza v pokožke hlavy a krku. K dispozícii sú studené a tepelné termoreceptory. Sympatický nervový systém reguluje procesy výroby tepla (glykogenolýza, lipolýza) a prenosu tepla (potenie, zmeny tónu kožných ciev atď.). Somatický systém reguluje tonické napätie, dobrovoľnú a mimovoľnú činnosť kostrových svalov, t.j. procesy kontraktilnej termogenézy.
Hypertermia sa vyskytuje pri teplote okolia nad 37 0 С (najmä pri vysokej vlhkosti vzduchu) alebo pri príliš intenzívnom vytváraní tepla v tele pri náročnej fyzickej práci. Zároveň sa v prvom (kompenzovanom) štádiu rozširujú periférne cievy, zvyšuje sa potenie, častejšie sa dýcha, čo pomáha odvádzať prebytočné teplo. V druhej etape (tiež schopné kompenzácie) napriek zvýšeniu prenosu tepla stúpa telesná teplota, častejšie sa dýcha a pulzuje a hlava začína bolieť. Tretie štádium (nekompenzované) je charakterizované poklesom krvného tlaku, spomalením dýchania, zmiznutím reflexov a dokonca smrťou.
Podchladenie nastáva, keď je narušená rovnováha medzi výrobou a prenosom tepla s prevahou prenosu tepla. Najčastejšie sa podchladenie vyvíja v dôsledku podchladenia pri nízkych teplotách okolia. Intoxikácia alkoholom, nedostatok pohybu svalov a vyčerpanie uľahčujú rozvoj hypotermie. V prvej fáze hypotermie sa zvyšuje tvorba tepla v tele (v dôsledku trasenia svalov a zvýšeného metabolizmu) a klesá prestup tepla (v dôsledku spazmu periférnych ciev, zníženého potenia) atď. V druhej (dekompenzovanej) fáze klesá telesná teplota, sú potlačené funkcie mozgu, klesá krvný tlak. Obnovenie funkcií tela je možné iba vtedy, ak teplota tela klesla na 24 - 26 0 С, ale nie nižšie.
Načítava ...