Терморегуляция тела человека

Терморегуляция тела человека

Терморегуля́ция — способность живых организмов поддерживать температуру тела в определённых границах, даже если температура внешней среды значительно отличается [1] .

Назначение системы терморегуляции — поддержание постоянного значения температуры тела, то есть при гипотермии (снижении температуры тела относительно нормальной) повышать теплообразование и снижать теплопотери, а при гипертермии (повышении температуры тела относительно нормальной), напротив, усиливать теплообмен с окружающей средой и снижать теплообразование.

Этот процесс представляет собой один из аспектов гомеостаза — динамически изменяющегося состояния равновесия между внутренней средой организма животного и его внешним окружением. Раздел науки, изучающий такие процессы в зоологии, называется экофизиологией или физиологической экологией.

Содержание

Терморегуляция у млекопитающих [ править | править код ]

Млекопитающих относят к гомойотермным (теплокровным) животным, обеспечивающим определённый уровень температуры тела в основном за счёт внутренних физиолого-биохимических процессов (исключение составляет пойкилотермный грызун голый землекоп [2] ). При этом у них хорошо развита терморегуляция: интенсивность процессов, обеспечивающих выделение тепла, регулируется рефлекторно — под воздействием систем, обеспечивающих поддержание постоянства температуры тела. Нейроны, отвечающие за терморегуляцию, расположены в гипоталамусе, где, как считалось, расположен центр терморегуляции [3] . Однако недавние исследования показали, что концепция единого центра терморегуляции не отражает всего многообразия термоэффекторных путей со своими афферентными и эфферентными ветвями [4] . В ходе эволюции млекопитающие выработали разнообразные средства терморегуляции, которые могут осуществляться на уровне нервной и гуморальной регуляции и затрагивать метаболизм, энергетический обмен и поведение животного. При этом следует иметь в виду, что активация тех или иных механизмов зависит от времени суток, сезона, пола и возраста животного [5] .

Выделяют два способа теплообразования: сократительный термогенез, при котором теплообразование обусловлено сокращениями скелетных мышц (частный случай — холодовая мышечная дрожь), и несократительный термогенез, когда активизируются процессы клеточного метаболизма: липолиз (в частности, бурой жировой ткани), а также гликогенолиз и гликолиз [6] . Уровень метаболизма у млекопитающих в несколько раз выше, чем у пресмыкающихся, но не столь высок, как у птиц, у которых выше и температура тела [7] .

У большинства млекопитающих температура тела относительно постоянна, диапазон её суточных колебаний составляет примерно 1—2 °C. Её отличие от температуры внешней среды может достигать 100 °C: у песца даже при 60-градусном морозе температура тела сохраняет постоянное значение — примерно +39 °C. Постоянство температуры, однако, не характерно для однопроходных и сумчатых, а также мелких плацентарных: у однопроходных она меняется в пределах от 22 до 37 °C, у сумчатой крысы — от 29,3 до 37,8 °C, у тенреков — от 13 до 34 °C, у обыкновенной полёвки — от 32 до 37 °C [8] ; у ленивцев она колеблется от 24 до 34 °C [9] . Исключительно велик и уникален для теплокровных диапазон колебаний температуры тела у гладконосых летучих мышей: они способны сохранять жизнеспособность при изменении температуры тела в пределах от −7,5 до +48,5 °C [10] .

В процессах гомеостаза у всех теплокровных животных и человека большое значение имеет терморегуляция — способность поддерживать температуру тела на постоянном уровне независимо от колебаний температуры окружающей среды (изотермия). В отличие от животных, температура тела которых находится в прямой зависимости от температуры окружающей среды (земноводные, пресмыкающиеся, рыбы), уровень температуры тела теплокровных организмов позволяет им сохранять свою активность в разных условиях обитания, повышая таким образом их адаптационные возможности.

Постоянство температуры тела обусловлено процессами теплообразования и теплоотдачи. Эти процессы регулируются сложными рефлекторными актами, которые возникают в ответ на температурное раздражение рецепторов кожи, кожных и подкожных сосудов, а также центральной нервной системы. Терморецепторы, воспринимающие холод или тепло, находятся в передней части гипоталамуса, в ретикулярной формации среднего мозга, а также в спинном мозге (см. Нервная система). В гипоталамусе расположены основные центры терморегуляции, которые координируют сложные процессы, обеспечивающие изотермию. Центры некоторых терморегуляторных рефлексов расположены в спинном мозге, определенное участие в процессах терморегуляции принимает кора головного мозга, железы внутренней секреции (прежде всего щитовидная железа и надпочечники). При охлаждении щитовидная железа более активно выделяет гормон, активизирующий обмен веществ и усиливающий в результате этого теплопродукцию. Надпочечники усиливают выделение адреналина, который суживает кожные сосуды, уменьшая теплоотдачу, и повышает теплообразование за счет усиления процессов окисления в тканях.

Читайте также:  С чем можно есть творог на ночь

Так как разные органы имеют разную активность метаболизма, их температура может различаться. Самую высокую температуру имеет печень (37,8—38°С), так как она расположена глубоко внутри тела и имеет самый высокий уровень обменных процессов. Температура кожи более зависима от температуры окружающей среды и вследствие высокой теплоотдачи самая низкая (30—34°С), при этом она может значительно различаться: самая высокая на туловище и голове, самая низкая — на конечностях.

Температура тела имеет циркадный (околосуточный) режим и колеблется в пределах 0,5—0,7°С: максимум отмечается при мышечной работе и в 16—18 ч вечера, минимум — в покос и в 3—4 ч утра. Измеряют температуру тела в подмышечной впадине (36,5—36,9°С), у грудных детей часто в прямой кишке, где она выше и составляет 37,2—37,5°С.

Постоянство температуры тела у человека сохраняется лишь при равновесии процессов теплообразования и теплоотдачи организма (рис. 1.25). Это достигается с помощью физических и химических механизмов тепло- регуляции.

Химическая терморегуляция происходит посредством активизации обменных процессов в тканях организма, приводящей к усилению теплообразования. У человека усиление теплообразования отмечается при снижении температуры окружающей среды ниже оптимальной (так называемой зоны температурного комфорта). В одежде температура комфорта составляет 18—20°С, без нее — 28°С. Наиболее интенсивное теплообразование наблюдается в мышцах, печени и почках.

Рис. 1.25. Пути теплопродукции и теплоотдачи

Физическая терморегуляция происходит посредством уменьшения либо усиления теплоотдачи за счет изменения излучения тепла (радиационная теплоотдача), конвекции (перемешивание нагреваемого телом воздуха) и испарения воды с поверхности кожи и легких. В состоянии покоя при температуре 20°С у человека радиация составляет 66%, испарение — 19%, конвекция — 15% общей потери тепла организмом. Препятствует теплоотдаче слой подкожной жировой клетчатки, поскольку ее жировая ткань имеет малую теплопроводность, и одежда, создающая слой неподвижного воздуха вокруг тела.

Теплоотдача путем радиации и конвекции возможна только в условиях температуры окружающей среды до 35°С, при более высокой температуре воздуха температура тела поддерживается только за счет испарения пота; ведущей становится теплоотдача путем испарения и при интенсивной мышечной нагрузке. Эффективность этого вида теплоотдачи находится в зависимости от влажности воздуха и воздухопроницаемости одежды. В поддержании температуры тела участвует и дыхание: во время выдоха легкие выделяют воду в виде водяных паров, этот вид теплоотдачи регулируется изменением частоты дыхания.

Важным механизмом терморегуляции является перераспределение крови в сосудах и объема циркулирующей крови. При низкой температуре артериолы кожи сужаются, большее количество крови поступает в сосуды брюшной полости, в результате чего ограничивается теплоотдача, а внутренние органы дополнительно согреваются. При еще более сильном охлаждении открываются сосуды, обеспечивающие сброс крови из артерий в вены (артериовенозные анастомозы), и поступление крови в капилляры дополнительно уменьшается. При повышении температуры тела сосуды кожи расширяются, увеличивается объем крови, протекающей по сосудам кожи, что приводит к охлаждению крови в сосудах кожи за счет теплоотдачи с поверхности тела (рис. 1.26).

Рис. 1.26. Механизм теплоотдачи на холоде (Л) и в тепле (Б)

Дополнительными средствами терморегуляции могут служить изменение положения тела, «гусиная кожа», озноб. Так, когда человеку холодно, он сворачивается в «клубочек», уменьшая поверхность теплоотдачи. «Гусиная кожа» — рудиментарная реакция, сохранившаяся у человека в процессе эволюции от животных предков, покрытых шерстью, — позволяет поднять шерсть, увеличив таким образом слой согретого неподвижного воздуха вокруг туловища и закрыть выводные протоки потовых желез, уменьшая испарение воды с поверхности тела. Озноб, возникающий при переохлаждении, приводит к дополнительному образованию тепла в результате мышечной работы (мелкой дрожи), идущему на согревание тела.

Изменение терморегуляции в онтогенезе. В процессе онтогенеза способность поддерживать постоянную температуру тела развивается постепенно. Новорожденный ребенок отличается неустойчивой терморегуляцией: у него легко возникает охлаждение или перегревание организма при изменении температуры окружающей среды, даже небольшая мышечная нагрузка (длительный плач) может привести к повышению температуры тела. Очень низка способность к терморегуляции у недоношенных детей, поэтому они нуждаются в специальных условиях для поддержания температуры тела.

Читайте также:  Худеем с джилиан майклс пресс

Основные терморегуляторные реакции организма формируются в младенческом возрасте. В первые месяцы жизни защита от потери тепла организмом осуществляется главным образом подкожной жировой клетчаткой. Такой статичный механизм не позволяет в достаточной степени регулировать теплоотдачу в соответствии с текущей ситуацией, поэтому дети младенческого возраста легко подвержены переохлаждению и перегреванию. Организм ребенка приспособлен к уменьшению теплоотдачи с относительно большой поверхности тела преимущественно за счет теплоизоляции подкожной жировой клетчаткой. Кроме того, в этом возрасте в организме ребенка функционирует бурая жировая ткань. Она насыщена митохондриями, участвующими во внутриклеточных энергетических процессах, и «согревает» крупные сосуды, расположенные вдоль позвоночника. Сосудодвигательные реакции, определяющие тонус поверхностно расположенных сосудов и регулирующие теплоотдачу, активно формируются на протяжении первого года жизни. Так как они еще несовершенны, легко возникает переохлаждение или перегревание организма, поэтому при уходе за младенцами и их воспитании тепловой режим должен соблюдаться достаточно строго. После года к производству тепла начинают подключаться мышцы, а бурая жировая ткань постепенно перестает функционировать. Однако механизмы теплоотдачи еще несовершенны и температура комфорта остается высокой — около 30°С. В возрасте от 3 до 7 лет значительное место занимают механизмы химической (метаболической) терморегуляции. С 6-летнего возраста начинается быстрое совершенствование сосудодвигательных реакций периферических сосудов и к 10 годам физическая терморегуляция приближается по своей эффективности к уровню взрослого человека. В подростковом возрасте увеличивается скорость кровотока, что приводит к повышению температуры кожи. Кроме этого, неустойчивость сосуд пето го тонуса, свойственная этому возрасту, снижает возможности физической терморегуляции и для поддержания постоянства температуры тела опять становится необходимым увеличение производства тепла за счет активизации метаболических процессов. Следовательно, в пубертатный период возможности терморегуляции снижаются, сокращая определенным образом адаптационные ресурсы организма. В юношеском возрасте температурный гомеостаз становится более устойчивым, терморегуляторные реакции более экономичными. В пожилом и старческом возрасте замедляются обменные процессы, снижаются возможности адаптационной регуляции тонуса сосудов и мышечного компонента физической терморегуляции, что приводит к снижению температуры тела, легкому возникновению переохлаждения организма, воспалительных и простудных заболеваний.

Сложная система терморегуляции организма человека обеспечивает поддержание теплового равновесия внутренних тканей и органов в пределах ограниченного диапазона их температуры, в среднем около 37 о С, при физиологическом пределе колебаний этой температуры около 1,5 о С. Изменение температуры крови и внутренних органов на 2-2,5 о С от среднего уровня сопровождается нарушением физиологических функций. Температура тела человека выше 43 о С практически не совместима с жизнью. Возможность осуществления нормальных физиологических функций в узком диапазоне температур определяет значение терморегуляции для поддержания жизни человека.

Для обеспечения стабильной температуры тела количество тепла, получаемое телом, должно равняться отдаваемому им количеству тепла во внешнюю среду. То есть, теплообмен должен в комфортных условиях соответствовать уравнению теплового баланса, в котором учтены главные факторы, оказывающие влияние на изменение содержания тепла в организме человека (A.Gagge, 1936;C.Winslowetal., 1936):

Q– тепловая нагрузка на организм;

М– метаболическое тепло, составляющее от 67-75% от уровня энергозатрат;

С– конвекционный теплообмен организма и окружающего воздуха;

R– лучистый теплообмен организма с окружающей средой;

Е– отдача тепла организма с испаряемым потом.

По данному уравнению тепловая нагрузка определяется уровнем метаболизма, интенсивностью потоотделения и метеорологическими и микроклиматическими условиями, от которых в свою очередь зависят характер и степень функциональных сдвигов, предпатологических и патологических изменений в организме.

Тепловой комфорт организма в обычных условиях соответствует нулевому значению Q. Положительная тепловая нагрузка (+Q) приводит к развитию теплового напряжения. Физиологическим пределом накопления тепла в организме является 600кДж. Отрицательная нагрузка (-Q) ведет к охлаждению и переохлаждению организма. Теплоотдача свыше 5000кДжприводит к замерзанию организма.

Читайте также:  Отток лимфы это

Терморегуляция организма осуществляется рефлекторными механизмами. Большую роль в процессе терморегуляции играют терморецепторы, передающие информацию об изменениях температуры среды в центр терморегуляции, представляющий собой сложную систему (спинной мозг – гипоталамус — кора головного мозга). Именно функциональная взаимосвязь терморецепторов с центральными регуляторными механизмами обеспечивает возможность приспособления организма человека к изменяющимся тепловым характеристикам внешней среды.

Терморегуляция организма осуществляется уравновешиванием теплопродукции и теплоотдачи. Теплопродукция предполагает так называемую химическую терморегуляцию, теплоотдача –физическую терморегуляцию.

Теплопродукция (химическая теплорегуляция)включает следующие компоненты:

работа, производимая для поддержания структурной целостности и жизнедеятельности организма;

работа сокращения поперечнополосатых и гладких мышц;

работа по перемещению ионов против градиента их концентраций в клеточной мембране, необходимая для сохранения возбудимости клеток;

работа синтеза различных органических соединений, связанная с постоянным обновлением клеточных структур, образованием секретов, гормонов, ферментов и т. д.

Все указанные виды работы, составляющие химическую терморегуляцию, совершаются за счет химической энергии гидролиза макроэргических соединений, синтез которых происходит за счет свободной энергии ингредиентов пищи, расщепляющихся в процессе обмена веществ (метаболизма). При этом около 40% энергии переходит в тепло и рассеивается в тканях.

Значение химической терморегуляции наглядно демонстрирует уровень основного обмена в зависимости от температуры воздуха (рисунок 1). Как видно из рисунка, теплопродукция не меняется при температуре воздуха 15-25 о С, повышается при снижении ниже 15 о С и уменьшается при подъеме до 25-35 о С. При увеличении температуры воздуха выше 35 о С отмечается вторичное возрастание основного обмена, свидетельствующее о нарушении химической терморегуляции. При оценке химической терморегуляции следует учитывать, что в динамику теплопродукции за счет основного обмена могут быть внесены значительные коррективы за счет интенсивности мышечной работы, состояния приспособительных возможностей организма и т. д. В частности, при мышечной работе теплопродукция организма может возрастать в 5-10 раз и более.

Рис. 1. Основной обмен при различных температурах воздуха

Теплоотдача (физическая терморегуляция)представляет собой совокупность следующих механизмов:

теплопроведение – прямое проведение тепла через ткани, соответственно их теплопроводности;

кондукция – непосредственная передача тепла предметам и поверхностям, с которыми контактирует тело человека;

конвекция – перенос тепла движущимся у поверхности тела воздухом;

радиация – инфракрасное излучение тела (может быть и приток тепла за счет радиации от нагретых поверхностей к телу человека);

испарение воды (пота) с поверхности тела и слизистых оболочек дыхательных путей.

При температуре воздуха 20 о С теплоотдача проведением и конвекцией составляет примерно 31%, радиацией – 44%, испарением пота – 21 %. Остальное тепло может поглощаться пищей и водой, поступающей в организм, за счет различий в температуре. При изменениях температуры окружающей среды и различных её сочетаниях с другими факторами (влажность, скорость движения воздуха, лучистое тепло) указанное соотношение путей теплоотдачи может меняться в значительных пределах. Так, например, при повышенных температурах воздуха ведущим, а зачастую единственным путем теплоотдачи, является испарение пота (рисунок 2).

Важнейшим механизмом теплоотдачи является вазомоторная реакция. Благодаря понижению тонуса сосудов кровоток в коже человека может возрасти от 1 до 100 мл/минна 100см 2 ткани. Теплоотдача при этом увеличивается за счет повышения теплопроводности кожи и усиленного переноса тепла кровью от глубоко расположенных тканей к поверхности тела. Сужение сосудов кожи соответственно уменьшает теплоотдачу.

Особенности терморегуляции организма при различных температурах воздуха и характер влияния на неё других метеорологических и микроклиматических факторов представлены в соответствующих разделах пособия.

Так как количество тепла, получаемого или отдаваемого организмом, изменяется в широких пределах в зависимости от энерготрат и теплового состояния окружающей среды, то терморегуляторная система организма должна быть весьма гибкой и эффективной. На экстремальные тепловые или холодовые воздействия организм отвечает напряжением терморегуляторных механизмов, а при дальнейшем нарастании теплового или холодового стресса патологическими реакциями и поражениями.

Рис. 2. Изменение интенсивности теплоотдачи различными способами при изменении

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector