Виды теплоотдачи организма. Механизм регуляции тепла в организме человека

Для правильного понимания механизмов закаливания и его успешного осуществления необходимо знать, каким образом человеческий организм может приобрести устойчивость к неблагоприятным воздействиям внешней среды. Известно, что температура тела здорового человека практически постоянна, хотя в жизни ему приходится переносить и жгучие морозы, и изнурительный зной. Происходит это вследствие того, что организм обладает способностью регулировать свою температуру. Без механизма, поддерживающего постоянную температуру тела, жизнь была бы, по словам И. П. Павлова, «игрушкой в руках внешних температурных условий».

У тех, кто привык чересчур тепло одеваться или установил в помещении кондиционер , создавая для себя слишком комфортные микроклиматические условия, теплорегулирующий аппарат редко вступает в работу, получает слабое функциональное развитие и уже не может служить надежной «броней» против изменяющихся атмосферных условий. Приспособляемость организма к капризам погоды ухудшается, и он становится подверженным простудным заболеваниям .

Регуляция тепла осуществляется путем выработки тепла организмом (теплопродукция) и путем отдачи его в окружающую среду (теплоотдача). Непрерывное протекание жизненных процессов в организме сопровождается образованием тепла. За сутки человек, даже находящийся в покое, вырабатывает примерно столько тепла, что его хватило бы на нагревание 15 л воды до кипения. Величина теплопродукции зависит от числа вовлеченных в работу органов и тканей. Не случайно, во время выполнения физической работы теплопродукция резко увеличивается.

Кроме тепла, которое образуется в результате обмена веществ в самом организме, человек в жаркое время года получает тепло из окружающей среды. И если бы одновременно с повышением температуры воздуха в организме не происходила теплоотдача, человек погиб бы от перегревания. Ведущая роль в процессе терморегуляции принадлежит высшим отделам центральной нервной системы. Повышение или понижение температуры окружающей и внутренней среды организма воспринимается особыми нервными окончаниями — терморецепторами, заложенными в коже и внутренних органах. Возникающие в них импульсы передаются в центральную нервную систему, которая и осуществляет ответную реакцию организма. Вот почему на изменение температуры реагирует не только участок тела, непосредственно подвергающийся раздражению, но и наступают изменения в функциях всего организма.

Так, при понижении температуры окружающей среды происходит рефлекторное сужение кровеносных сосудов кожи, вследствие чего количество протекающей через них крови уменьшается, а следовательно, снижается и отдача тепла. Выработка тепла во внутренних органах, главным образом в печени, увеличивается. Благодаря этому организму удается сберечь тепло и сохранить постоянную температуру тела.

При повышении температуры внешней среды ответная реакция организма, наоборот, выражается в усилении теплоотдачи: расширяются кожные сосуды, увеличивается количество протекающей через них крови, усиливается потоотделение и учащается дыхание. Выработка тепла при этом снижается, и тем самым организм избегает перегревания.

Нарушения теплового равновесия причиняют существенный вред здоровью. Чрезмерное охлаждение ведет к ослаблению организма, снижению его устойчивости, уменьшению сопротивляемости болезнетворным микробам, повышает риск развития заболеваний.

Академик И. П. Павлов говорил, что «простудный элемент есть специальный раздражитель кожи вместе с сыростью; это специальное раздражение ведет к возбуждению задерживающего нерва, понижает жизнедеятельность организма, его отдельных органов — легких, почек и др. И тогда все виды инфекции, которые всегда в наличности и которым, так сказать, только не дается ходу, берут перевес и дают то нефрит, то пневмонию и т. д.».

Исследования ученых показали, что у человека при погружении ступней ног в холодную воду происходит прилив крови к слизистым оболочкам носа и верхних дыхательных путей, повышение их температуры и увеличение количества выделяемой слизи. Все это создает благоприятные условия для развития микробов, попадающих на слизистые оболочки. Быстрое увеличение числа микробов и одновременное ослабление сопротивляемости организма ведут к возникновению воспалительных процессов, простудных заболеваний — катару верхних дыхательных путей, ангине, воспалению легких.

Вместе с тем было замечено, что люди неодинаково реагируют на охлаждение — не у всех возникают простудные заболевания. У некоторых уже при одном упоминании о холодной воде начинают бегать «мурашки» по телу. Но есть немало людей, которые безболезненно перенося резкие колебания тепла и холода.

Оказалось также, что степень чувствительности к холоду зависит не от врожденных особенностей организма, а обусловливается условиями жизни. Не у всех людей терморегулирующий аппарат действует одинаково хорошо. У тех, кто постоянно подвергает свой организм температурным воздействиям, он обычно тренируется и совершенствуется и на любое изменение атмосферных условий отвечает более быстрой и правильной реакцией.

И, наоборот, у тех, кто привык чересчур тепло одеваться, кто старается в помещении поддерживать одну и ту же температуру, искусственно создавая для себя слишком комфортные микроклиматические условия, теплорегулирующий аппарат редко вступает в работу, получает слабое функциональное развитие и уже не может служить надежной «броней» против изменяющихся атмосферных условий. Приспособляемость организма к капризам погоды ухудшается, и он становится подверженным простудным заболеваниям.

Теплорегулирующий аппарат действует значительно лучше на участках тела, которые постоянно подвергаются действию метеорологических факторов (лицо, руки), и «хуже работает» на тех частях, которые постоянно закрыты одеждой (грудь, спина). Значит, избегая смены тепла и холода, мы не даем возможности упражняться нашему терморегуляторному аппарату. Организм теряет способность своевременно реагировать на меняющиеся температурные условия, делается изнеженным и легче подвергается простудным заболеваниям. Что бы, например, произошло, если бы наподобие того, как мы закутываем свои холодовые точки, стали бы также предохранять глаза от всякого действия света, уши — от всякого звука и шума и т. д. Стоит припомнить, например, какая светобоязнь возникает у людей, бывших долго в темноте, или какая сильная звукобоязнь развивается после долгого пребывания в полной тишине, чтобы понять, в какое ненормальное состояние высокой болезненной восприимчивости мы приводим и наши холодовые точки кожи, раз мы устраняем их во время всей почти жизни от действия. Для ограждения себя от простудных заболеваний и повышения устойчивости организма необходимо постоянными и систематическими упражнениями добиться такого укрепления терморегулирующего аппарата, которое позволило бы человеку безболезненно переносить любые температурные колебания внешней среды. В этом, собственно, и заключается цель закаливания — путем целенаправленных воздействий развить имеющиеся в организме защитные силы, выработать в нем способность быстро и безотказно их мобилизовать. Благодаря закаливанию организм получает способность реагировать на изменение температуры окружающей среды раньше, чем наступит чрезмерное охлаждение или перегревание.

Помимо улучшения сопротивляемости организма по отношению к климатическим факторам, закаливающие процедуры оказывают благотворное влияние на весь организм — улучшают кровообращение, повышают тонус центральной нервной системы и обмен веществ, способствуют воспитанию воли и характера. Однако слишком сильное охлаждение или согревание может нарушить здоровье человека, независимо от степени его закалки. При острых заболеваниях и обострениях хронических недугов принимать закаливающие процедуры нельзя. В то же время, частые катары верхних дыхательных путей, ангины, фурункулез служат показаниями для назначения закаливающих процедур. Врачи утверждают, что люди, страдавшие этими заболеваниями, избавлялись от них путем систематически проводимого закаливания. И еще один совет: щедрыми дарами природы следует пользоваться умеючи, соблюдая научно обоснованные гигиенические правила.

Человек постоянно находится в состоянии обмена теплотой с окружающей средой.

Наилучшее тепловое самочувствие человека будет тогда, когда тепловыделения (QТB) организма человека полностью отдаются окружающей среде (QТО), т.е. имеет место тепловой баланс

Превышение тепловыделения организма над теплоотдачей в окружающую среду (QTB > QTО) приводит к росту температуры внутренних органов, нагреву организма и к повышению его температуры - человеку становится жарко. Наоборот, превышение теплоотдачи над тепловыделением (Q.ТВ < QТО) приводит к охлаждению организма и к снижению его температуры - человеку становится холодно.

Средняя температура тела человека - 36,6 0 С. Даже незначительные отклонения от этой температуры в ту или другую сторону приводят к ухудшению самочувствия человека.

Тепловыделения (QTB) организма определяются прежде всего тяжестью и напряженностью выполняемой человеком работы, в основном величиной мышечной нагрузки.

Теплоотдача от организма человека в окружающую среду происходит в результате:

Теплопроводности (QТ) через одежду. Теплота может передаваться только от тела с более высокой температурой к телу с менее высокой температурой. Интенсивность отдачи теплоты зависит от разности температур тел (в нашем случае - это температура тела человека и температура окружающих человека предметов и воздуха) и теплоизолирующих свойств одежды.

Чтобы проиллюстрировать это, можно выполнить простейший эксперимент.

Опустите в стакан с горячей водой термометр, а сам стакан поместите в емкость сначала с теплой, а затем с холодной водой. Наблюдайте за скоростью уменьшения показаний термометра в первом и во втором случае.

Понижение температуры в стакане при нахождении его в холодной воде будет происходить быстрее, чем интенсивность отдачи теплоты от горячей воды в стакане к теплой воде в емкости. Этот опыт иллюстрирует зависимость теплопередачи от разницы температур.

Регулировать теплообмен человека с окружающей средой можно за счет температуры окружающей среды и выбора одежды с различными теплоизолирующими свойствами.

Конвективного теплообмена (QК). Что это такое? Воздух, находящийся вблизи теплого предмета, нагревается. Нагретый воздух имеет меньшую плотность и, как более легкий, поднимается вверх, а его место занимает более холодный воздух окружающей среды.

Явление обмена порций воздуха за счет разности плотностей теплого и холодного воздуха называется естественной конвекцией.

Если теплый предмет обдувать холодным воздухом, то процесс замены более теплых слоев воздуха у предмета на более холодные ускоряется. В этом случае у нагретого предмета будет находиться более холодный воздух, разность температур между нагретым предметом и окружающим воздухом будет больше, и, как мы уже выяснили раньше, интенсивность отдачи тепла от предмета окружающему воздуху возрастет. Это явление называется вынужденной конвекцией.

Например: иллюстрирующим явление вынужденной конвекции, является то, что при одинаковой температуре воздуха в ветреную погоду человек воспринимает климатические условия как более холодные, т.к. отдача тепла от его организма более интенсивная.

Таким образом, регулировать теплообмен между человеком и окружающей средой можно изменением скорости движения воздуха.

• - излучения (QИЗ) на окружающие поверхности. Тепловая энергия, превращаясь на поверхности горячего тела в лучистую (электромагнитную волну) - инфракрасное излучение, передается на другую - холодную - поверхность, где вновь превращается в тепловую. Лучистый поток тем больше, чем больше разница температур человека и окружающих предметов. Причем лучистый поток может исходить от человека, если температура окружающих предметов ниже температуры человека и наоборот, если окружающие предметы более нагреты.
• - испарения (QИСП) влаги с поверхности кожи. Если человек потеет, на его коже появляются капельки воды, которые испаряются, и вода из жидкого состояния переходит в парообразное. Этот процесс сопровождается затратами энергии (QИСП) на испарение и в результате охлаждением организма.

От чего же зависит интенсивность испарения, а, следовательно, и величина отдачи тепла от организма окружающей среде?

Во-первых, от температуры окружающей среды - чем выше температура, тем выше интенсивность испарения; во-вторых, от влажности воздуха - чем выше влажность, тем меньше интенсивность испарения. Для каждой температуры воздуха характерно максимальное количество воды, которое может находиться в единице объема воздуха в парообразном состоянии.

Проиллюстрировать это явление поможет простейший эксперимент. Налить в небольшую бутылку воды, опустить в нее термометр, обернуть бутылку мокрой тряпкой и поставить ее на солнце. Следить за показаниями термометра. Температура воды в бутылке начнет понижаться.

Если бутылка не будет завернута в мокрую тряпку, температура будет повышаться. Это говорит о том, что тепловая энергия расходуется на испарение воды из тряпки.

Этим простейшим приемом можно пользоваться в том случае, если в жаркую погоду захочется попить охлажденной воды. Охлаждением за счет испарения объясняется также то, что в жаркую солнечную погоду не рекомендуется поливать растения, особенно чувствительные к температуре. За счет интенсивного испарения вегетативные части растений могут охладиться до недопустимых температур.

Обычно влажность воздуха измеряют величиной относительной влажности (?), выраженной в процентах. Например, относительная влажность? = 70% означает, что в воздухе воды в парообразном состоянии находится 70% от максимально возможного количества. Относительная влажность 100% означает, что воздух насыщен водяными парами и в такой среде испарение происходить не может.

Интенсивность испарения возрастает при увеличении скорости движения воздуха. Это объясняется теми же причинами, что и увеличение теплообмена при вынужденной конвекции. Слои воздуха, находящиеся вблизи тела человека и насыщенные водяными парами, за счет движения воздуха удаляются и заменяются более сухими порциями воздуха, при этом возрастает интенсивность испарения.

Нагрева выдыхаемого воздуха (QB). В процессе дыхания воздух окружающей среды, попадая в легкие человека, нагревается и одновременно насыщается водяными парами. Таким образом, теплота выводится из организма человека с выдыхаемым воздухом (QB).

Таким образом, теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется за счет теплопроводности (QT), конвективного теплообмена (Qк), излучения (Qиз), испарения (QИСП), нагрева выдыхаемого воздуха (QB), т.е.:

Qобщ = QТ + QК + QИЗ + QИСП + QB - уравнение теплового баланса

Вклад перечисленных выше путей передачи тепла непостоянен и зависит от параметров микроклимата в производственном помещении, а также от температуры окружающих человека поверхностей. Если t этих поверхностей ниже t человеческого тела, то теплообмен излучением идет от организма человека к холодным поверхностям. В противном случае теплообмен осуществляется в обратном направлении: от нагретых поверхностей к человеку. Теплоотдача конвекцией зависит от t воздуха в помещении и скорости его движения на рабочем месте, а отдача теплоты путем испарения - от относительной влажности и скорости движения воздуха.

Установлено, что обмен веществ в организме человека оптимален и, соответственно, его работоспособность высока, если составляющие процесса теплоотдачи находятся примерно в следующих пределах:

QK+ QT ? 30%; QИЗ? 45%; QИС?20%; QВ?5%.

Такой баланс составляющих теплоотдачи характеризует отсутствие напряженности системы терморегуляции человека.

Направление тепловых потоков QT, QK, Qиз может быть от человека к окружающим человека воздуху и предметам и наоборот, в зависимости от того, что выше - температура тела человека или окружающего воздуха и окружающих его тел (рис. 1.).

Рис. 1. Схема направления тепловых потоков: QB - выдыхание теплового воздуха; QИ - испарение; Qиз - излучение; QK - конвективный теплообмен; QT - теплопроводность

Тепловыделения организма человека определяются прежде всего величиной мышечной нагрузки при деятельности человека, а теплоотдача -температурой окружающего воздуха и предметов, скоростью движения и относительной влажностью воздуха.

Теплообмен в организме человека это физиологические процессы, которые обеспечивают поддержание температуры тела в определенных границах с небольшими колебаниями.

Теплообмен в организме человека

Температура тела всегда находится примерно на одном и том же уровне (по принципу саморегуляции). Отклонения от уровня, требует незамедлительных действий по восстановлению нормализации температуры.

Постоянная температура тела может быть обеспечена двумя процессами, которые являются противоположно направленными, это теплопродукция и теплоотдача.

Теплопродукция (выработка тепла в организме) в основном зависит от правильной и интенсивной работы метаболических процессов и имеет называние — химическая теплорегуляция. Теплоотдача поверхности тела во внешнюю среду называется физическая теплорегуляция.

Причины, почему мерзнут руки и ноги?

Бывает, что процессы теплопродукции доминируют над процессами теплоотдачи, и тогда происходит перегревание организма. Если же процессы теплоотдачи преобладают над процессами теплопродукции, то может наступить охлаждение.
Когда на улице холодно, то многие люди жалуются, что у них мерзнут руки и ноги. Чувство холода может не покидать, даже если вы уже находитесь в теплом помещении. Изначально необходимо понять, почему мерзнут конечности - такое происходит постоянно или при определенных обстоятельствах. Считается, что пальцы рук и ног замерзают быстрее, чем другие части тела, и это нормально. Потому что на стопах и ладонях находится больше соединительной ткани и меньше мышечной, а в ней кровообращение более интенсивное. Необходимо помнить, что в этих местах располагаются только участки кожи, которые отдают тепло, и нет жировой ткани, которая способна его удерживать. Наши ладони и стопы располагаются далеко от источников тепла организма, они мало обеспечены кровью. При этом люди полные мерзнут намного меньше, чем худые, их согревает «свой жирок». Так же мерзнущие конечности могут быть предупреждением организма о скрывающейся болезни. И если еще не проведено обследование и не выяснена истинная причина постоянно замерзших ног и рук, то для поддержания нормального состояния организма, необходимо принимать контрастные ванны и правильно питаться.

Так почему же мерзнут конечности?

Причин того, что мерзнут ноги и руки может быть много, рассмотрим самые распространенные из них:

1. Наличие ВСД (вегето-сосудистой дистонии) нарушает нормальную работу сосудов.
2. Человек может быстро растерять тепло из организма при недостаточном количестве железа.
3. Если у вас дефицит жирорастворимого витамина А и Е, это может так же привести к тому, что мерзнут руки и ноги.
4. При неправильной работе щитовидной железы , тоже происходит постоянное охлаждение конечностей.

Чтобы согреть конечности и избавиться от недуга необходимо вести правильный образ жизни, отказаться от вредных привычек, правильно питаться и заботиться о своем здоровье. Так же может помочь принятие контрастных ванночек для рук и ног, посещение бани и сауны, обязательные занятия гимнастикой, массаж конечностей. Для своевременной профилактики заболеваний щитовидной железы и улучшения своего самочувствия в целом рекомендуем Вам употреблять препарат

А. Жизнь человека может протекать только в узком диапазоне температур.

Температура оказывает существенное влияние на протекание жизненных процессов в организме человека и на его физиологическую активность. Процессы жизнедеятельности ограничены узким диапазоном температуры внутренней среды, в котором могут происходить основные ферментативные реакции. Для человека снижение температуры тела ниже 25°С и её увеличение выше 43°С, как правило, смертельно. Особенно чувствительны к изменениям температуры нервные клетки.

Высокая температура вызывает интенсивное потоотделение, что приводит к обезвоживанию организма, потере минеральных солей и водорастворимых витаминов. Следствием этих процессов является сгущение крови, нарушение солевого обмена, желудочной секреции, развитие витаминного дефицита. Допустимое снижение веса при испарении составляет 2-3%. При потере веса от испарения в 6% нарушается умственная деятельность, а при 15-20% потери веса наступает смерть. Систематическое действие высокой температуры вызывает изменения в сердечно-сосудистой системе: учащение пульса, изменение артериального давления, ослабление функциональной способности сердца. Длительное воздействие высокой температуры приводит к накоплению тепла в организме, при этом температура тела может повыситься до 38-41°С и может возникнуть тепловой удар с потерей сознания.

Низкие температуры могут быть причинами охлаждения и переохлаждения организма. При охлаждении в организме рефлекторно уменьшается теплоотдача и усиливается теплопродукция. Уменьшение теплоотдачи происходит за счёт спазма (сужения) сосудов, увеличения термического сопротивления тканей организма. Длительное воздействие низкой температуры приводит к стойкому сосудистому спазму, нарушению питания тканей. Рост теплопродукции при охлаждении достигается усилием окислительных обменных процессов в организме (понижение температуры тела на 1°С сопровождается приростом обменных процессов на 10°С). Воздействие низких температур сопровождается увеличением артериального давления, объёмом вдоха и уменьшением частоты дыхания. Охлаждение организма изменяет углеводный обмен. Большое охлаждение сопровождается снижением температуры тела, угнетением функций органов и систем организма.

Б. Ядро и внешняя оболочка тела.

С точки зрения терморегуляции тело человека можно представить состоящим из двух компонентов – внешней оболочки и внутреннего ядра .

Ядро – это часть тела, которая имеет постоянную температуру (внутренние органы), а оболочка – часть тела, в которой имеется температурный градиент (это ткани поверхностного слоя тела толщиной 2,5 см). Через оболочку идёт теплообмен между ядром и окружающей средой, то есть изменения теплопроводности оболочки определяют постоянство температуры ядра. Теплопроводность изменяется за счёт изменения кровоснабжения и кровенаполнения тканей оболочки.

Температура разных участков ядра различна. Например, в печени: 37.8-38.0°С, в мозге: 36.9-37.8°С. В целом же температура ядра тела человека составляет 37.0°С. Это достигается с помощью процессов эндогенной терморегуляции, результатом которой является устойчивое равновесие между количеством продуцируемого в организме в единицу времени тепла (теплопродукцией ) и количеством тепла, рассеиваемого организмом за то же время в окружающую среду (теплоотдачей ).

Температура кожи человека на различных участках колеблется от 24.4°С до 34.4°С. Самая низкая температура наблюдается на пальцах ног, самая высокая – в подмышечной впадине. Именно на основании измерения температуры в подмышечной впадине обычно судят о температуре тела в данный момент времени.

По усреднённым данным, средняя температура кожи обнажённого человека в условиях комфортной температуры воздуха составляет 33-34°С. Существуют суточные колебания температуры тела. Амплитуда колебаний может достигать 1°С. Температура тела минимальна в предутренние часы (3-4 часа) и максимальна в дневное время (16-18 часов).

Известно также явление асимметрии температуры. Она наблюдается примерно в 54% случаев, причём температура в левой подмышечной впадине несколько выше, чем в правой. Возможна асимметрия и на других участках кожи, а выраженность асимметрии более чем в 0,5°С свидетельствует о патологии.

В. Теплообмен. Баланс теплообразования и теплоотдачи в организме человека.

Процессы жизнедеятельности человека сопровождаются непрерывным теплообразованием в его организме и отдачей образованного тепла в окружающую среду. Обмен тепловой энергии между организмом и окружающей средой называетсяp теплообменом. Теплопродукция и теплоотдача обусловлены деятельностью центральной нервной системы, регулирующей обмен веществ, кровообращение, потоотделение и деятельность скелетных мышц.

Организм человека – это саморегулируемая система с внутренним источником тепла, в которой в нормальных условиях теплопродукция (количество образованного тепла) равна количеству тепла, отданного во внешнюю среду (теплоотдаче). Постоянство температуры тела называется изотермией . Она обеспечивает независимость обменных процессов в тканях и органах от колебаний температуры окружающей среды.

Внутренняя температура тела человека постоянна (36.5-37°С) благодаря регулированию интенсивности теплопродукции и теплоотдачи в зависимости от температуры внешней среды. А температура кожи человека при воздействии внешних условий может изменяться в относительно широких пределах.

В теле человека за 1 час образуется столько тепла, сколько нужно, чтобы вскипятить 1 литр ледяной воды. И если бы тело было непроницаемым для тепла футляром, то уже через час температура тела поднялась бы примерно на 1.5°С, а часов через 40 достигла бы точки кипения воды. Во время тяжёлой физической работы образование тепла увеличивается ещё в несколько раз. И всё же температура нашего тела не меняется. Почему? Всё дело именно в уравновешивании процессов образования и отдачи тепла в организме.

Ведущим фактором, определяющим уровень теплового баланса, является температура окружающей среды. При её отклонении от комфортной зоны в организме устанавливается новый уровень теплового баланса, обеспечивающий изотермию в новых условиях среды. Такое постоянство температуры тела обеспечивается механизмом терморегуляции , включающим процесс теплообразования и процесс тепловыделения, которые регулируются нервно-эндокринным путём.

Г. Понятие терморегуляции организма .

Терморегуляция – это совокупность физиологических процессов, направленных на поддержание относительного постоянства температуры ядра организма в условиях изменения температуры среды с помощью регуляции теплопродукции и теплоотдачи. Терморегуляция направлена на предупреждение нарушений теплового баланса организма или на его восстановление, если подобные нарушения уже произошли, и осуществляется нервно-гуморальным путём.

Принято считать, что терморегуляция свойственна лишь гомойотермным животным (к ним относятся млекопитающие (в том числе человек), и птицы), организм которых обладает способностью поддерживать температуру внутренних областей тела на относительно постоянном и достаточно высоком уровне (около 37-38°С у млекопитающих и 40-42°С у птиц) независимо от изменений температуры окружающей среды.

Механизм терморегуляции можно представить в виде кибернетической самоуправляющей системы с обратными связями. Температурные колебания окружающего воздуха действуют на специальные рецепторные образования (терморецепторы ), чувствительные к изменению температуры. Терморецепторы передают в центры терморегуляции информацию о тепловом состоянии органа, в свою очередь, центры терморегуляции через нервные волокна, гормоны и другие биологически активные вещества изменяют уровень теплоотдачи и теплопродукции или участков тела (местная терморегуляция), или организма в целом. При выключении центров терморегуляции специальными химическими веществами организм утрачивает способность к поддержанию постоянства температуры. Эту особенность в последние годы используют в медицине для искусственного охлаждения организма во время сложных хирургических операций на сердце.

Кожные терморецепторы.

Подсчитано, что у человека имеется примерно 150.000 холодовых и 16.000 тепловых рецепторов, которые реагируют на изменения температуры внутренних органов. Терморецепторы располагаются в коже, во внутренних органах, дыхательных путях, скелетных мышцах и центральной нервной системе.

Терморецепторы кожи являются быстро адаптирующимися и реагируют не столько на саму температуру, сколько на её изменения. Максимальное число рецепторов находится в области головы и шеи, минимальное – на конечностях.

Холодовые рецепторы менее чувствительны и их порог чувствительности равен 0,012°С (при охлаждении). Порог чувствительности тепловых рецепторов выше и составляет 0,007°С. Вероятно, это связано с большей опасностью для организма именно перегревания.

Д. Виды терморегуляции.

Терморегуляцию можно разделить на два основных вида :

1. Физическая терморегуляция:

– Испарение (потоотделение);

– Излучение (радиация);

– Конвекция.

2. Химическая терморегуляция.

– Сократительный термогенез;

– Несократительный термогенез.

Физическая терморегуляция (процесс, осуществляющий удаление тепла из организма) – обеспечивает сохранение постоянства температуры тела за счёт изменения отдачи тепла организмом путём проведения через кожу (кондукция и конвекция), лучеиспускания (радиация) и испарения воды. Отдача постоянно образующегося в организме тепла регулируется изменением теплопроводности кожи, подкожного жирового слоя и эпидермиса. Теплоотдача в значительной мере регулируется динамикой кровообращения в теплопроводящих и теплоизолирующих тканях. С повышением температуры окружающей среды в теплоотдаче начинает доминировать испарение.

Кондукция, конвекция и излучение являются пассивными путями теплоотдачи, основанными на законах физики. Они эффективны только при сохранении положительного температурного градиента. Чем меньше разница температуры между телом и окружающей средой, тем меньше тепла отдаётся. При одинаковых показателях или при высокой температуре окружающей среды упомянутые пути не только не эффективны, но при этом ещё происходит и нагрев тела. В этих условиях в организме срабатывает только один механизм отдачи тепла – потоотделение.

При низкой температуре окружающей среды (15°С и ниже) около 90% суточной теплоотдачи происходит за счёт теплопроведения и теплоизлучения. В этих условиях видимого потоотделения не происходит. При температуре воздуха 18-22°С теплоотдача за счёт теплопроводности и теплоизлучения уменьшается, но увеличивается потеря тепла организмом путём испарения влаги с поверхности кожи. При повышении температуры окружающей среды до 35°С теплоотдача с помощью радиации и конвекции становится невозможной, и температура тела поддерживается на постоянном уровне исключительно с помощью испарения воды с поверхности кожи и альвеол лёгких. При большой влажности воздуха, когда испарение воды затруднено, может возникнуть перегревание тела и развиться тепловой удар.

У человека в состоянии покоя при температуре воздуха около 20°С и суммарной теплоотдаче, равной 419 кДж (100 ккал) в час, с помощью радиации теряется 66%, испарения воды – 19%, конвекции – 15% от общей потери тепла организмом.

Химическая терморегуляция (процесс, обеспечивающий образование тепла в организме) – реализуется через обмен веществ и через теплопродукцию таких тканей как мышцы, а также печень, бурый жир, то есть путём изменения уровня теплообразования – за счёт усиления или ослабления интенсивности обмена веществ в клетках организма. При окислении органических веществ выделяется энергия. Часть энергии идёт на синтез АТФ (аденозинтрифосфат – это нуклеотид, играющий исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организме). Эта потенциальная энергия может быть использована организмом в дальнейшей его деятельности. Источником тепла в организме являются все ткани. Кровь, протекая через ткани, нагревается. Повышение температуры окружающей среды вызывает рефлекторное снижение обмена веществ, вследствие этого в организме уменьшается теплообразование. При понижении температуры окружающей среды рефлекторно увеличивается интенсивность метаболических процессов и усиливается теплообразование.

Включение химической терморегуляции происходит тогда, когда физическая терморегуляция оказывается недостаточной для поддержания постоянства температуры тела.

Рассмотрим эти виды терморегуляции.

Физическая терморегуляция:

Под физической терморегуляцией понимают совокупность физиологических процессов, ведущих к изменению уровня теплоотдачи. Существуют следующие пути отдачи тепла организмом в окружающую среду:

– Испарение (потоотделение);

– Излучение (радиация);

– Теплопроведение (кондукция);

– Конвекция.

Рассмотрим их подробнее:

1. Испарение (потоотделение):

Испарение (потоотделение) – это отдача тепловой энергии в окружающую среду за счёт испарения пота или влаги с поверхности кожи и слизистых оболочек дыхательных путей. У человека постоянно осуществляется выделение пота потовыми железами кожи («ощутимая», или железистая, потеря воды), увлажняются слизистые оболочки дыхательных путей («неощутимая» потеря воды). При этом «ощутимая» потеря воды организмом оказывает более существенное влияние на общее количество отдаваемого путём испарения тепла, чем «неощутимая».

При температуре внешней среды около 20°С испарение влаги составляет около 36 г/ч. Поскольку на испарение 1 г воды у человека затрачивается 0,58 ккал тепловой энергии, нетрудно подсчитать, что путём испарения организм взрослого человека отдаёт в этих условиях в окружающую среду около 20% всего рассеиваемого тепла. Повышение внешней температуры, выполнение физической работы, длительное пребывание в теплоизолирующей одежде усиливают потоотделение и оно может возрасти до 500-2.000 г/ч.

Человек плохо переносит сравнительно невысокую температуру окружающей среды (32°С) при влажном воздухе. В совершенно сухом воздухе человек может находиться без заметного перегревания в течение 2-3 ч при температуре 50-55°С. Плохо переносится также непроницаемая для воздуха одежда (резиновая, плотная и т.п.), препятствующая испарению пота: слой воздуха между одеждой и телом быстро насыщается парами и дальнейшее испарение пота прекращается.

У процесса теплоотдачи при помощи испарения, хотя оно является лишь одним из способов терморегуляции, есть одно исключительное достоинство – если внешняя температура превышает среднее значение температуры кожи, то организм не может отдавать во внешнюю среду тепло другими методами терморегуляции (излучением, конвекцией и кондукцией), которые мы рассмотрим ниже. Организм в этих условиях начинает поглощать тепло извне, и единственным способом рассеяния тепла становится усиление испарения влаги с поверхности тела. Такое испарение возможно до тех пор, пока влажность воздуха окружающей среды остаётся меньше 100%. При интенсивном потоотделении, высокой влажности и малой скорости движения воздуха, когда капли пота, не успевая испариться, сливаются и стекают с поверхности тела, теплоотдача путём испарения становится менее эффективной.

При испарении пота наше тело отдаёт свою энергию. Собственно, благодаря энергии нашего тела молекулы жидкости (т.е. пота) разрывают молекулярные связи и переходят из жидкого в газообразное состояние. Энергия тратится на разрыв связей, и, в результате, температура тела понижается. По такому же принципу работает холодильник. Он умудряется поддерживать внутри камеры температуру, гораздо более низкую, чем температура окружающей среды. Делает он это благодаря потребляемой электроэнергии. А мы это делаем, используя энергию, полученную от расщепления пищевых продуктов.

Снизить потери тепла от испарения может помочь контроль над подбором одежды. Одежду нужно подбирать исходя из погодных условий и текущей активности. Не ленитесь снимать лишнюю одежду, когда растут нагрузки. Вы будете меньше потеть. И не ленитесь снова её одеть, когда нагрузки прекращаются. Снимайте влаго- и ветрозащиту, если дождя с ветром нет, иначе одежда будет мокнуть изнутри, от вашего пота. А, контактируя с мокрой одеждой, мы теряем тепло ещё и теплопроводностью. Вода в 25 раз лучше воздуха проводит тепло. Значит, в мокрой одежде мы теряем тепло в 25 раз быстрее. Вот почему важно поддерживать одежду сухой.

Испарение делится на 2 вида:

а) Неощущаемая перспирация (без участия потовых желез) – это испарение воды с поверхности лёгких, слизистых оболочек дыхательных путей и воды, просачивающейся через эпителий кожного покрова (испарение с поверхности кожи идёт даже в случае, если кожа сухая).

За сутки через дыхательные пути испаряется до 400 мл воды, т.е. организм теряет до 232 ккал в сутки. При необходимости эта величина может быть увеличена за счёт тепловой одышки. Через эпидермис в среднем за сутки просачивается около 240 мл воды. Следовательно, этим путём организм теряет до 139 ккал в сутки. Эта величина, как правило, не зависит от процессов регуляции и различных факторов среды.

б) Ощущаемая перспирация (при активном участии потовых желез) – это отдача тепла путём испарения пота. В среднем за сутки при комфортной температуре среды выделяется 400-500 мл пота, следовательно, отдаётся до 300 ккал энергии. Испарение 1 л пота у человека с массой тела 75 кг может понизить температуру тела на 10°С. Однако при необходимости объём потоотделения может увеличиться до 12 л в сутки, т.е. путём потоотделения можно потерять до 7.000 ккал в сутки.

Эффективность испарения во многом зависит от среды: чем выше температура и ниже влажность, тем выше эффективность потоотделения как механизма отдачи тепла. При 100% влажности испарение невозможно. При высокой влажности атмосферного воздуха высокая температура переносится тяжелее, чем при низкой влажности. В насыщенном водяными парами воздухе (например, в бане) пот выделяется в большом количестве, но не испаряется и стекает с кожи. Такое потоотделение не способствует отдаче тепла: только та часть пота, которая испаряется с поверхности кожи, имеет значение для теплоотдачи (эта часть пота составляет эффективное потоотделение).

2. Излучение (радиация):

Излучение (радиация) – это способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человека в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона (а = 5-20 мкм). За счёт излучения отдают энергию все предметы, температура которых выше абсолютного нуля. Электромагнитная радиация свободно проходит сквозь вакуум, атмосферный воздух для неё тоже можно считать «прозрачным».

Как известно, любой предмет, который нагрет выше температуры окружающей среды, излучает тепло. Каждый чувствовал это сидя у костра. Костёр излучает тепло и нагревает предметы вокруг. При этом костер теряет своё тепло.

Тело человека начинает излучать тепло, как только температура окружающей среды опускается ниже, чем температура поверхности кожи. Чтоб предотвратить потери тепла излучением, нужно защитить открытые участки тела. Это делается с помощью одежды. Таким образом, мы создаём прослойку воздуха в одежде между кожей и окружающей средой. Температура этой прослойки будет равна температуре тела и потери тепла излучением уменьшатся. Почему потеря тепла не прекратится совсем? Потому что теперь нагретая одежда будет излучать тепло, теряя его. И, даже надев на себя ещё один слой одежды, вы не остановите излучение.

Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду излучением, пропорционально площади поверхности излучения (площади поверхности тела, не покрытой одеждой) и разности средних значений температур кожи и окружающей среды. При температуре окружающей среды 20°С и относительной влажности воздуха 40-60% организм взрослого человека рассеивает путём излучения около 40-50% всего отдаваемого тепла. Если температура окружающей среды превышает среднюю температуру кожи, тело человека, поглощая инфракрасные лучи, излучаемые окружающими предметами, согревается.

Теплоотдача путём излучения возрастает при понижении температуры окружающей среды и уменьшается при её повышении. В условиях постоянной температуры окружающей среды излучение с поверхности тела возрастает при повышении температуры кожи и уменьшается при её понижении. Если средние температуры поверхности кожи и окружающей среды выравниваются (разность температур становится равной нулю), то отдача тепла излучением становится невозможной.

Снизить теплоотдачу организма излучением можно за счёт уменьшения площади поверхности излучения – изменением положения тела . Например, когда собаке или кошке холодно, они сворачиваются в клубок, уменьшая тем самым поверхность теплоотдачи; когда жарко, животные, наоборот, принимают положение, при котором поверхность теплоотдачи максимально возрастает. Этого способа физической терморегуляции не лишён и человек, «сворачиваясь в клубок» во время сна в холодном помещении.

3. Теплопроведение (кондукция):

Теплопроведение (кондукция) – это способ отдачи тепла, который имеет место при контакте, соприкосновении тела человека с другими физическими телами. Количество тепла, отдаваемого организмом в окружающую среду этим способом, пропорционально разнице средних температур контактирующих тел, площади контактирующих поверхностей, времени теплового контакта и теплопроводности контактирующего тела.

Потери тепла теплопроводностью возникают тогда, когда происходит прямой контакт с холодным предметом. В этот момент наше тело отдаёт своё тепло. Скорость потери тепла сильно зависит от теплопроводности предмета, с которым мы соприкасаемся. Например, теплопроводность камня в 10 раз выше, чем древесины. Поэтому, сидя на камне, мы будем терять тепло гораздо быстрее. Вы, наверняка, замечали, что сидеть на камне как-то холоднее, чем на бревне.

Решение? Изолировать своё тело от холодных предметов с помощью плохих проводников тепла. Проще говоря, например, если вы путешествуете в горах, то устраиваясь на привал, садитесь на туристический коврик или свёрток одежды. На ночь обязательно подкладывайте под спальник туристический коврик, соответствующий погодным условиям. Или, в крайнем случае, толстый слой сухой травы или хвои. Земля хорошо проводит (а значит «отбирает») тепло и сильно охлаждается ночью. Зимой не берите металлические предметы голыми руками. Используйте перчатки. В сильные морозы от металлических предметов можно получить местное обморожение.

Сухой воздух, жировая ткань характеризуются низкой теплопроводностью и являются теплоизоляторами (плохими проводниками тепла). Одежда уменьшает теплоотдачу. Потере тепла препятствует тот слой неподвижного воздуха, который находится между одеждой и кожей. Теплоизолирующие свойства одежды тем выше, чем мельче ячеистость её структуры, содержащая воздух. Этим объясняются хорошие теплоизолирующие свойства шерстяной и меховой одежды, что даёт возможность организму человека уменьшить рассеяние тепла путём теплопроводности. Температура воздуха под одеждой достигает 30°С. И, наоборот, обнажённое тело теряет тепло, так как воздух на его поверхности всё время сменяется. Поэтому температура кожи обнажённых частей тела намного ниже, чем одетых.

Влажный, насыщенный водяными парами воздух характеризуется высокой теплопроводностью. Поэтому пребывание человека в среде с высокой влажностью при низкой температуре сопровождается усилением теплопотерь организма. Влажная одежда также теряет свои теплоизолирующие свойства.

4. Конвекция:

Конвекция – это способ теплоотдачи организма, осуществляемый путём переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Для рассеяния тепла конвекцией требуется обтекание поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи. При этом контактирующий с кожей слой воздуха нагревается, снижает свою плотность, поднимается и замещается более холодным и более плотным воздухом. В условиях, когда температура воздуха равна 20°С, а относительная влажность – 40-60%, тело взрослого человека рассеивает в окружающую среду путём теплопроведения и конвекции около 25-30% тепла (базисная конвекция). При увеличении скорости движения воздушных потоков (ветер, вентиляция) значительно возрастает и интенсивность теплоотдачи (форсированная конвекция).

Суть процесса конвекции лежит в следующем – наше тело нагревает воздух вблизи кожи; нагретый воздух становиться легче холодного и поднимается вверх, а его замещает холодный воздух, который снова нагревается, становится легче и вытесняется следующей порцией холодного. Если нагретый воздух не захватить с помощью одежды, то этот процесс будет бесконечным. Фактически нас греет не одежда, а воздух, который она задерживает.

Когда дует ветер, ситуация ухудшается. Ветер несёт огромные порции ненагретого воздуха. Даже когда мы одеваем тёплый свитер, ветру ничего не стоит выгнать из него тёплый воздух. То же самое происходит, когда мы движемся. Наше тело «врезается» в воздух, и он течёт вокруг нас, действуя как ветер. Это тоже умножает потери тепла.

Какое решение? Надевать ветрозащитный слой: ветровку и непродуваемые штаны. Не забывать о защите шеи и головы. Из-за активного кровообращения мозга, шея и голова – это наиболее нагретые участки тела, поэтому потери тепла от них очень большие. Также, в холодную погоду нужно избегать продуваемых мест как во время движения, так и при выборе места для ночлега.

Химическая терморегуляция:

Химическая терморегуляция теплообразования осуществляется за счёт изменения уровня обмена веществ (окислительных процессов), вызванных микровибрацией мышц (колебаниями), что приводит к изменению образования тепла в организме.

Источником тепла в организме являются экзотермические реакции окисления белков, жиров, углеводов, а также гидролиз АТФ (аденозинтрифосфат – это нуклеотид, который играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организме; в первую очередь это соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах). При расщеплении питательных веществ часть освобождённой энергии аккумулируется в АТФ, часть рассеивается в виде тепла (первичная теплота – 65-70% энергии). При использовании макроэргических связей молекул АТФ часть энергии идёт на выполнение полезной работы, а часть рассеивается (вторичная теплота). Таким образом, два потока теплоты – первичной и вторичной – являются теплопродукцией.

Химическая терморегуляция имеет важное значение для поддержания постоянства температуры тела как в нормальных условиях, так и при изменении температуры окружающей среды. У человека усиление теплообразования вследствие увеличения интенсивности обмена веществ отмечается, в частности, тогда, когда температура окружающей среды становится ниже оптимальной температуры, или зоны комфорта. Для человека в обычной лёгкой одежде эта зона находится в пределах 18-20°С, а для обнажённого равна 28°С.

Оптимальная температура во время пребывания в воде выше, чем на воздухе. Это обусловлено тем, что вода, обладающая высокой теплоёмкостью и теплопроводностью, охлаждает тело в 14 раз сильнее, чем воздух, поэтому в прохладной ванне обмен веществ повышается значительно больше, чем во время пребывания на воздухе при той же температуре.

Наиболее интенсивное теплообразование в организме происходит в мышцах. Даже если человек лежит неподвижно, но с напряжённой мускулатурой, интенсивность окислительных процессов, а вместе с тем и теплообразование, повышаются на 10%. Небольшая двигательная активность ведёт к увеличению теплообразования на 50-80%, а тяжёлая мышечная работа – на 400-500%.

В химической терморегуляции значительную роль играют также печень и почки. Температура крови печёночной вены выше температуры крови печёночной артерии, что указывает на интенсивное теплообразование в этом органе. При охлаждении тела теплопродукция в печени возрастает.

При необходимости повысить теплопродукцию, помимо возможности получения тепла извне, в организме используются механизмы, увеличивающие производство тепловой энергии. К таким механизмам относятся сократительный и несократительный термогенез .

1. Сократительный термогенез.

Этот вид терморегуляции работает, если нам холодно и необходимо поднять температуру тела. Заключается этот метод в сокращении мышц . При сокращении мышц возрастает гидролиз АТФ, поэтому возрастает поток вторичной теплоты, идущей на согревание тела.

Произвольная активность мышечного аппарата, в основном, возникает под влиянием коры больших полушарий. При этом повышение теплопродукции возможно в 3-5 раз по сравнению с величиной основного обмена.

Обычно при снижении температуры среды и температуры крови первой реакцией является увеличение терморегуляционного тонуса (волосы на теле «встают дыбом», появляются «мурашки»). С точки зрения механики сокращения, данный тонус представляет собой микровибрацию и позволяет увеличить теплопродукцию на 25-40% от исходного уровня. Обычно в создании тонуса принимают участие мышцы шеи, головы, туловища и конечностей.

При более значительном переохлаждении терморегуляционный тонус переходит в особый вид мышечных сокращений – мышечную холодовую дрожь , при которой мышцы не совершают полезной работы и их сокращение направлено исключительно на выработку тепла.Холодовая дрожь представляет собой непроизвольную ритмическую активность поверхностно расположенных мышц, в результате чего значительно усиливаются обменные процессы организма, увеличивается потребление кислорода и углеводов мышечной тканью, что и влечёт за собой повышение теплообразования. Дрожь начинается часто с мышц шеи, лица. Это объясняется тем, что, прежде всего, должна повыситься температура крови, которая течёт к головному мозгу. Считается, что теплопродукция при холодовой дрожи в 2-3 раза выше, чем при произвольной мышечной деятельности.

Описанный механизм работает на рефлекторном уровне, без участия нашего сознания. Но поднять температуру тела можно и при помощи сознательной двигательной активности . При выполнении физической нагрузки разной мощности теплопродукция возрастает в 5-15 раз по сравнению с уровнем покоя. Температура ядра на протяжении первых 15-30 минут длительной работы довольно быстро повышается до относительно стационарного уровня, а затем сохраняется на этом уровне или продолжает медленно повышаться.

2. Несократительный термогенез:

Этот вид терморегуляции может приводить как к повышению, так и к понижению температуры тела. Он осуществляется путём ускорения или замедления катаболических процессов обмена веществ (окисление жирных кислот). А это, в свою очередь, будет приводить к снижению или увеличению теплопродукции. За счёт этого вида термогенеза уровень теплопродукции у человека может вырасти в 3 раза по сравнению с уровнем основного обмена.

Регуляция процессов несократительного термогенеза осуществляется путём активации симпатической нервной системы, продукции гормонов щитовидной и мозгового слоя надпочечников.

Е. Управление терморегуляцией.

Гипоталамус.

Система терморегуляции состоит из ряда элементов с взаимосвязанными функциями. Информация о температуре поступает от терморецепторов и при помощи нервной системы попадает в мозг.

Основную роль в терморегуляции играет гипоталамус . В нём расположены основные центры терморегуляции, которые координируют многочисленные и сложные процессы, обеспечивающие сохранение температуры тела на постоянном уровне.

Гипоталамус – это небольшая область в промежуточном мозге, включающая в себя большое число групп клеток (свыше 30 ядер), которые регулируют нейроэндокринную деятельность мозга и гомеостаз (способность сохранять постоянство своего внутреннего состояния) организма. Гипоталамус связан нервными путями практически со всеми отделами центральной нервной системы, включая кору, гиппокамп, миндалину, мозжечок, ствол мозга и спинной мозг. Вместе с гипофизом гипоталамус образует гипоталамо-гипофизарную систему, в которой гипоталамус управляет выделением гормонов гипофиза и является центральным связующим звеном между нервной и эндокринной системой. Он выделяет гормоны и нейропептиды, и регулирует такие функции как ощущение голода и жажды, терморегуляция организма, половое поведение, сон и бодрствование (циркадные ритмы). Исследования последних лет показывают, что гипоталамус играет важную роль и в регуляции высших функций, таких как память и эмоциональное состояние, и тем самым участвует в формировании различных аспектов поведения.

Разрушение центров гипоталамуса или нарушение нервных связей ведёт к утрате способности регулировать температуру тела.

В переднем гипоталамусе расположены нейроны, управляющие процессами теплоотдачи (они обеспечивают физическую терморегуляцию – сужение сосудов, потоотделение).При разрушении нейронов переднего гипоталамуса организм плохо переносит высокие температуры, но физиологическая активность в условиях холода сохраняется.

Нейроны заднего гипоталамуса управляют процессами теплообразования (они обеспечивают химическую терморегуляцию – усиление теплообразования, мышечную дрожь).При их повреждении нарушается способность к усилению энергообмена, поэтому организм плохо переносит холод.

Термочувствительные нервные клетки преоптической области гипоталамуса непосредственно «измеряют» температуру артериальной крови, протекающей через мозг, и обладают высокой чувствительностью к температурным изменениям (способны различать разницу температуры крови в 0,011°С). Отношение холодо- и теплочувствительных нейронов в гипоталамусе составляет 1:6, поэтому центральные терморецепторы преимущественно активируются при повышении температуры «ядра» тела человека.

На основе анализа и интеграции информации о значении температуры крови и периферических тканей, в преоптической области гипоталамуса непрерывно определяется среднее (интегральное) значение температуры тела. Эти данные передаются через вставочные нейроны в группу нейронов переднего отдела гипоталамуса, задающих в организме определённый уровень температуры тела – «установочную точку» терморегуляции. На основе анализа и сравнений значений средней температуры тела и заданной величины температуры, подлежащей регулированию, механизмы «установочной точки» через эффекторные нейроны заднего гипоталамуса воздействуют на процессы теплоотдачи или теплопродукции, чтобы привести в соответствие фактическую и заданную температуру.

Таким образом, за счёт функции центра терморегуляции устанавливается равновесие между теплопродукцией и теплоотдачей, позволяющее поддерживать температуру тела в оптимальных для жизнедеятельности организма пределах.

Эндокринная система.

Гипоталамус управляет процессами теплопродукции и теплоотдачи, посылая нервные импульсы к железам внутренней секреции, главным образом щитовидной, и надпочечникам.

Участие щитовидной железы в терморегуляции обусловлено тем, что влияние пониженной температуры приводит к усиленному выделению её гормонов (тироксин, трийодтиронин), ускоряющих обмен веществ и, следовательно, теплообразование.

Роль надпочечников связана с выделением ими в кровь катехоламинов (адреналин, норадреналин, дофамин), которые, усиливая или уменьшая окислительные процессы в тканях (например, мышечной), увеличивают или уменьшают теплопродукцию и сужают или увеличивают кожные сосуды, меняя уровень теплоотдачи.

Теплообразование определяется интенсивностью обмена веществ.

Регуляция теплообразования путём увеличения или уменьшения обмена веществ называется химической терморегуляцией. Выработанное организмом тепло постоянно отдаётся в окружающую среду. Если бы отдача тепла не происходила, организм погиб бы от перегревания.

Регуляция теплоотдачи путем изменения физиологических функций, осуществляющих её, называется физической терморегуляцией.

Наибольшее количество тепла образуется в органах с интенсивным обменом веществ - в скелетной мускулатуре, в железах, в печени и почках.

На долю мышц приходится 65-75% теплообразования, а при интенсивной работе даже 90%, остальная доля тепла образуется в железистых органах, главным образом в печени.

При повышении температуры окружающей среды теплообразование уменьшается, при понижении температуры - увеличивается. Следовательно, между температурой внешней среды и теплообразованием существуют обратно пропорциональные отношения. Летом теплообразование понижается, зимой увеличивается. Но при повышении температуры среды больше 35 о С происходит нарушение терморегуляции (зона перегревания), обмен веществ и температура тела повышаются. Эта температура называется критической. Точно так же при охлаждении существует критическая температура внешней среды, ниже которой теплопроизводство начинает понижаться.

При температуре среды 15-25 0 С теплообразование в покое в одежде находится на одном уровне и уравновешивается теплоотдачей (зона безразличия).

В нормальных условиях температура тела относительно постоянна. За среднюю температуру тела принимается температура в подмышечной впадине, температура равна 36,5-37 о С.

Когда для поддержания постоянства температуры тела требуется дополнительное тепло, оно может быть выбрано следующими способами:

• - за счет произвольной активности локомоторного аппарата;
• - за счёт непроизвольной тонической или ритмической мышечной активности: дрожь, вызванная холодом (тоническую активность можно обнаружить методом электромиографии);
• - за счёт ускорения обменных процессов, не связанных с сокращением мышц; эта форма выработки тепла называется недрожательным термогенезом (у детей).

У взрослого человека дрожь и усиленные движения, которые он делает для того, чтобы согреться - наиболее важный механизм термогенеза.

Несколько повышается выработка тепла и при “ гусиной коже” - сокращении мышц волосяных мешочков.

Ходьба увеличивает теплопроизводство почти в 2 раза, а быстрый бег - в 4-5 раз, температура тела может повыситься на несколько десятых градуса. При продолжительной интенсивной работе при температуре внешней среды выше 25 0 С температура тела возрастает на 1-1.5 0 С, что вызывает изменения и нарушение жизнедеятельности организма. Во время мышечной работы при высокой температуре внешней среды температура тела повышается более 39 0 С, может наступить тепловой удар.

Теплоотдача

Организм в покое непрерывно теряет тепло:

• - теплоизлучением или отдачей тепла кожей окружающему воздуху;
• - теплопроведением или непосредственной отдачей тепла тем предметам, которые соприкасаются с кожей;
• - испарением воды с поверхности кожи и лёгких.

В условиях покоя 70-80% тепла отдаётся в окружающую среду кожей теплоизлучением и теплопроведением, около 20% испарением воды с поверхности кожи (потоотделением) и лёгких. Отдача тепла нагреванием выдыхаемого воздуха, мочой и калом ничтожна и составляет 1.5 - 3% общей теплоотдачи. При мышечной работе резко возрастает отдача тепла испарением (потоотделением) доходя до 90% всего суточного теплообразования.

Теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением зависит от разности температур кожи и окружающей среды. Чем выше температура кожи, тем больше теплоотдача указанными путями. А температура кожи зависит от притока к ней крови. При повышении температуры окружающей среды артериолы и капилляры кожи расширяются, кожа краснеет, количество протекающей через неё крови увеличивается, температура кожи повышается, и теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением возрастает.

Увеличение количества крови, протекающей через кожу, происходит и за счёт примешивания депонированной крови из печени, селезёнки и из капилляров самой кожи.

Величина теплоотдачи при высоких температурах окружающей среды меньше, чем при низких. Когда температура кожи сравнивается с температурой окружающей среды, теплоотдача прекращается. При дальнейшем повышении температуры окружающей среды кожа не только теряет тепло, но сама нагревается. В этом случае теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением отсутствует и сохраняется только теплоотдача испарением.

На холоде артериолы и капилляры кожи суживаются, кожа становится бледной, количество протекающей через неё крови уменьшается, температура кожи понижается, разница температур кожи и окружающей среды сглаживается, и теплоотдача уменьшается.

Человек уменьшает теплоотдачу искусственными покровами (бельём, одеждой). Чем больше воздуха в этих покровах, тем легче сохраняется тепло.

Регуляция теплоотдачи испарением воды играет большую роль, особенно при мышечной работе и значительном повышении температуры окружающей среды. При испарении 1 дм 3 (1 л) воды с поверхности кожи и слизистых оболочек телом теряется 600 ккал. При средней температуре окружающей среды взрослый человек ежесуточно теряет испарением с кожи 400 -520 ккал.

Потеря воды кожей происходит за счёт проникновения воды из глубоких тканей на поверхность кожи и главным образом за счет функционирования потовых желез.

Большие потери пота сопровождаются потерями больших количеств минеральных солей, только NaCl в поту 0,3 - 0,6%. При потере 5-10 л пота теряется 30 -40 г поваренной соли. Поэтому если возникшая при обильных потоотделениях жажда удовлетворяется водой, могут возникнуть тяжелые расстройства (судороги и т.д.). При обильном длительном потоотделении рекомендуется пить соответственно минеральную воду или воду, содержащую 0,5 -0,6 % NaCl.

Испарение воды постоянно происходит и с поверхности лёгких. Выдыхаемый воздух насыщен водяными парами на 95-98 % и поэтому, чем суше вдыхаемый воздух, тем больше тепла отдаётся испарением с лёгких. В обычных условиях лёгкими ежесуточно испаряется 300 - 400 мл (180 -240 ккал) воды. При высокой температуре дыхание учащается, на холоде замедляется. Когда температура воздуха достигает температуры тела, испарение с поверхности кожи и лёгких становится единственным путём теплоотдачи. В этих условиях в покое испаряется более 100 мл пота в час, что позволяет отдать около 60 ккал в час.

Испарение воды с поверхности кожи и лёгких зависит от относительной влажности воздуха. Испарение прекращается в воздухе, насыщенном водяными парами, поэтому пребывание во влажном горячем воздухе, как, например, бане, тяжело переносится. В сыром воздухе даже при сравнительно невысокой температуре (при 30 0 С) человек чувствует себя плохо. Кожаная и резиновая одежда непроницаема для воздуха, испарения нет, пот накапливается под одеждой. При высокой температуре воздуха и мышечной работе в такой одежде температура тела повышается. Перегревание человека в атмосфере, насыщенной водяными парами, особенно опасно, так как лишает возможности освобождаться от избытка тепла и испарением. В сухом воздухе человек сравнительно легко переносит значительно более высокую температуру, чем во влажном.

Для увеличения теплоотдачи теплоизлучением, теплопроведением и испарением большое значение имеет движение воздуха.

Увеличение скорости движения воздуха увеличивает теплоотдачу. На сквозняке и на ветру резко увеличивается потеря тепла. Но если окружающий воздух имеет высокую температуру и насыщен водяными парами, то движение воздуха не охлаждает.

И так, физическая терморегуляция обеспечивается:

• 1) сердечно-сосудистой системой, которая определяет приток и отток крови в кровеносных сосудах кожи, а следовательно, количество тепла отдаваемого кожей в окружающую среду;
• 2) системой органов дыхания, т.е. изменениями вентиляции лёгких;
• 3) изменением функций потовых желез.

Регуляция теплоотдачи проводится двумя путями:

• 1) нервной системой;
• 2) посредством гормонов.

Существенное значение имеет адаптация к неблагоприятным условиям.

Изменение функций сердечно-сосудистой системы, дыхания и потовых желез рефлекторно регулируется: раздражением внешних органов чувств и особенно раздражением рецепторов кожи при изменении температуры внешней среды и раздражением нервных окончаний внутренних органов при колебаниях температуры внутри организма. Физиологические механизмы физической терморегуляции осуществляются большими полушариями, промежуточным, продолговатым и спинным мозгом.

Нарушение терморегуляции

Повышение температуры тела выше нормального уровня при нарушении терморегуляции называется лихорадкой. При лихорадке обмен веществ увеличивается на 50 - 100% и более. Особенно увеличивается распад белков. В крови накапливаются продукты белкового распада, устанавливается отрицательный азотистый баланс. При лихорадке окисление белков даёт около 30% теплообразования. Повышается также углеводный и жировой обмен, что ведёт к истощению организма. Накапливается большое количество продуктов промежуточного обмена веществ. Нарушаются физиологические процессы. Учащённое сердцебиение повышает кровяное давление, учащается дыхание, нарушается психика (бред, галлюцинации), что обусловлено расстройством нервной системы. При температуре 40 - 41 0 С начинается бред, при температуре 43 0 С наступает смерть, в единичных случаях при температуре равной 45 0 С.

При охлаждении тела также нарушаются физиологические процессы. При длительном пребывании на холоде после ощущения холода и дрожи появляется ощущение тепла, вследствие притока крови к коже, затем апатия и нарушение функций мозга. (При охлаждении жизнедеятельность, так как снижается обмен веществ в организме и потребность тканей в кислороде).

У человека смерть, как правило, наступает при температуре ниже 32-33 0 С, а при изменении функций нервной системы лекарственными препаратами - ниже 24 0 С. В единичных случаях людям удалось сохранить жизнь при падении температуры до 22,5 0 С.

Продолжительная адаптация к условиям окружающей среды.

Регуляторные механизмы - термогенез, сосудодвигательные реакции, потоотделение - включаются в течение секунд или минут после наступления температурного стресса. Кроме них существуют другие механизмы, обеспечивающие продолжительную адаптацию к климатическим изменениям в окружающей среде.

Такие процессы называются - физиологической адаптацией или акклиматизацией. Основаны они на модификациях органов и функциональных систем, которые развиваются только под влиянием продолжительных (в течение дней, недель и месяцев) постоянных или повторяющихся температурных стрессов.

Тепловая адаптация

Способность людей адаптироваться к теплу играет решающую роль для выживания в условиях тропиков и пустыни, а также для выполнения тяжёлой работы при высокой температуре на производстве.

Наиболее важный сдвиг - это изменение интенсивности потоотделения, которая возрастает в два раза и составляет 1-2 л/ч. Кроме этого, выделение пота начинается при более низкой средней кожной и внутренней температуры, что служит защитой от чрезмерного учащения сердцебиения и увеличения периферического кровотока, т. е. от теплового удара.

Адаптация связана также со значительным уменьшением содержания ионов в поту (нет шока от потери ионов), увеличением объёма плазмы и содержания в ней белков. У жителей тропиков интенсивность реакции не столь высока, чтобы вызывать потоотделение. Температурный порог сдвинут в сторону более высокой температуры тела, в результате они меньше потеют при ежедневной тепловой нагрузке.

Холодовая адаптация

Многие животные адаптируются к холоду очень просто - благодаря отрастанию меха у них усиливается термоизоляция. У мелких животных развиваются недрожательный термогенез и бурая жировая ткань.

У человека “поведенческая адаптация” - использования одежды и тёплых жилищ. Также развивается толерантная (холодовая) адаптация. Температурный порог дрожи и кривые метаболистических терморегуляторных реакций смещаются в сторону более низких значений температур, возникает умеренная гипотермия. (Аборигены Австралии проводят ночь почти раздетыми при температуре близкой к нулю не испытывая дрожи. Подобная способность хорошо развита у корейских и японских искателей жемчуга, ныряющих на глубину по несколько часов в день при температуре воды около 10 0 С.)

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Гармонические колебания Физика формула частоты колебаний