Обмен тепловой энергии между организмом и окружающей средой

терморегуляция

 

Лекция 15

 

Обмен тепловой энергии между  организмом и окружающей средой называется теплообменом. Один из показателей  теплообмена - температура тела, которая  зависит от двух факторов: образования  тепла, то есть от интенсивности обменных процессов в организме, и отдачи тепла в окружающую среду.

 

Животные, температура тела которых изменяется в зависимости  от температуры внешней среды, называются пойкилотермными, или холоднокровными. Животные с постоянной температурой тела называются гомойотермными (теплокровными). Постоянство температуры тела называется изотермией. Она обеспечивает независимость  обменных процессов в тканях и  органах от колебаний температуры  окружающей среды.

 

 Температура тела человека.

 

 

Температура отдельных участков тела человека различна. Наиболее низкая температура кожи отмечается на кистях и стопах, наиболее высокая —  в подмышечной впадине, где ее обычно и определяют. У здорового  человека температура в этой области  равна 36—37° С. В течение суток наблюдаются небольшие подъемы и спады температуры тела человека в соответствии с суточным биоритмом: минимальная температура отмечается в 2—4 ч ночи, максимальная — в 16—19 ч.

 

Температура мышечной ткани  в состоянии покоя и работы может колебаться в пределах 7° С. Температура внутренних органов зависит от интенсивности обменных процессов. Наиболее интенсивно обменные процессы протекают в печени, которая является самым «горячим» органом тела: температура в тканях печени равна 38—38,5° С. Температура в прямой кишке составляет 37—37,5° С. Однако она может колебаться в пределах 4—5° С в зависимости от наличия в ней каловых масс, кровенаполнения ее слизистой и других причин. У бегунов на большие (марафонские) дистанции в конце состязаний температура в прямой кишке может повышаться до 39—40° С.

 

Способность поддерживать температуру  на постоянном уровне обеспечивается за счет взаимосвязанных процессов  – теплообразования и выделения  тепла из организма во внешнюю  среду. Если теплообразование равно  теплоотдаче, то температура тела остается постоянной. Процесс образования тепла в организме получил название химической терморегуляции, процесс, обеспечивающий удаление тепла из организма, - физической терморегуляции.

 

Химическая терморегуляция. Тепловой обмен в организме тесно  связан с энергетическим. При окислении органических веществ выделяется энергия. Часть энергии идет на синтез АТФ. 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. В большей степени увеличение теплообразования происходит за счет повышения мышечной активности. Непроизвольные сокращения мышц (дрожь) являются основной формой повышения теплообразования. Увеличение теплообразования может  происходить в мышечной ткани  и за счет рефлекторного повышения  интенсивности обменных процессов  — несократительный мышечный термогенез.

 

Физическая терморегуляция. Этот процесс осуществляется за счет отдачи тепла во внешнюю среду  путем конвекции (теплопроведения), радиации (теплоизлучения) и испарения воды.

 

Конвекция - непосредственная отдача тепла прилегающим к коже предметам или частицам среды. Отдача тепла тем интенсивнее, чем больше разница температур между поверхностью тела и окружающим воздухом.

 

Теплоотдача увеличивается  при движении воздуха, например при  ветре. Интенсивность отдачи тепла  во многом зависит от теплопроводности окружающей среды. В воде отдача тепла  происходит быстрее, чем на воздухе. Одежда уменьшает или даже прекращает теплопроведение.

 

Радиация - выделение тепла  из организма происходит путем инфракрасного  излучения с поверхности тела. За счет этого организм теряет основную массу тепла. Интенсивность теплопроведения и теплоизлучения во многом определяется температурой кожи. Теплоотдачу регулирует рефлекторное изменение просвета кожных сосудов. При повышении температуры окружающей среды происходит расширение артериол и капилляров, кожа становится теплой и красной. Это увеличивает процессы теплопроведения и теплоизлучения. При понижении температуры воздуха артериолы и капилляры кожи суживаются. Кожа становится бледной, количество протекающей через ее сосуды крови уменьшается. Это приводит к понижению ее температуры, теплоотдача уменьшается, и организм сохраняет тепло.

 

Испарение воды с поверхности  тела (2/з влаги), а также в процессе дыхания (1/з влаги). Испарение воды с поверхности тела происходит при  выделении пота. Даже при полном отсутствии видимого потоотделения  через кожу испаряется в сутки  до 0,5 л воды — невидимое потоотделение. Испарение 1 л пота у человека с  массой тела 75 кг может понизить температуру  тела на 10° С.

 

В состоянии относительного покоя взрослый человек выделяет во внешнюю среду 15% тепла путем  теплопроведения, около 66% посредством теплоизлучения и 19% за счет испарения воды.

 

В среднем человек теряет за сутки около 0,8 л пота, а с  ним 500 ккал тепла.

 

При дыхании человек также  выделяет ежесуточно около 0,5 л воды.

 

При низкой температуре окружающей среды (15° С и ниже) около 90% суточной теплоотдачи происходит за счет теплопроведения и теплоизлучения. В этих условиях видимого потоотделения не происходит.

 

При температуре воздуха 18—22° С теплоотдача за счет теплопроводности и теплоизлучения уменьшается, но увеличивается потеря тепла организмом путем испарения влаги с поверхности кожи. При большой влажности воздуха, когда испарение воды затруднено, может возникнуть перегревание тела и развиться тепловой удар.

 

Малопроницаемая для паров  воды одежда препятствует эффективному потоотделению и может служить  причиной перегревания организма человека.

 

В жарких странах, при длительных походах, в горячих цехах человек  теряет большое количество жидкости с потом. При этом появляется чувство жажды, которое не утоляется приемом воды. Это связано с тем, что с потом теряется большое количество минеральных солей. Если добавить к питьевой воде соль, то чувство жажды исчезнет и самочувствие людей улучшится.

 

 Центры регуляции теплообмена.

 

 

Терморегуляция осуществляется рефлекторно. Колебания температуры  окружающей среды воспринимаются терморецепторами. В большом количестве терморецепторы располагаются в коже, в слизистой оболочке полости рта, верхних дыхательных путях. Обнаружены терморецепторы во внутренних органах, венах, а также в некоторых образованиях центральной нервной системы.

 

Терморецепторы кожи очень  чувствительны к колебаниям температуры  окружающей среды. Они возбуждаются при повышении температуры среды  на 0,007° С и понижении — на 0,012° С.

 

Нервные импульсы, возникающие  в терморецепторах, по афферентным  нервным волокнам поступают в  спинной мозг. По проводящим путям  они достигают зрительных бугров, а от них идут в гипоталамическую область и к коре большого мозга. В результате возникают ощущения тепла или холода.

 

В спинном мозге находятся  центры некоторых терморегуляторных  рефлексов. Гипоталамус является основным рефлекторным центром терморегуляции. Передние отделы гипоталамуса контролируют механизмы физической терморегуляции, т. е. они являются центром теплоотдачи. Задние отделы гипоталамуса контролируют химическую терморегуляцию и являются центром теплообразования.

 

Важная роль в регуляции  температуры тела принадлежит коре головного мозга. Эфферентными нервами  центра терморегуляции являются главным  образом симпатические волокна.

 

В регуляции теплообмена  участвует и гормональный механизм, в частности гормоны щитовидной железы и надпочечников. Гормон щитовидной железы — тироксин, повышая обмен  веществ в организме, увеличивает  теплообразование. Поступление тироксина  в кровь возрастает при охлаждении организма. Гормон надпочечников —  адреналин — усиливает окислительные  процессы, увеличивая тем самым теплообразование. Кроме того, под действием адреналина происходит сужение сосудов, в частности  сосудов кожи, за счет этого уменьшается  теплоотдача.

 

Приспособление организма  к пониженной температуре окружающей среды. При понижении температуры  окружающей среды происходит рефлекторное возбуждение гипоталамуса. Повышение  его активности стимулирует гипофиз, результатом чего является усиленное  выделение тиреотропина и кортикотропина, повышающих активность щитовидной железы и надпочечников. Гормоны данных желез стимулируют теплопродукцию.

 

Таким образом, при охлаждении включаются защитные механизмы организма, повышающие обмен веществ, теплообразование и уменьшающие теплоотдачу.

 

Возрастные особенности  терморегуляции. У детей первого  года жизни наблюдается несовершенство механизмов. Вследствие этого при  понижении температуры окружающей среды ниже 15° С возникает переохлаждение детского организма. На первом году жизни происходит уменьшение отдачи тепла посредством теплопроводности и теплоизлучения и увеличение теплопродукции. Однако до 2 лет дети остаются термолабильными (повышается температура тела после еды, при высокой температуре окружающей среды). У детей от 3 до 10 лет совершенствуются механизмы терморегуляции, но их неустойчивость продолжает сохраняться.

 

В препубертатном возрасте и в период полового созревания (пубертатный период), когда происходят усиленный рост организма и перестройка нейрогуморальной регуляции функций, усиливается неустойчивость терморегуляционных механизмов.

 

В пожилом возрасте наблюдается  снижение образования тепла в  организме по сравнению со зрелым возрастом.

 

Проблема закаливания  организма. Во все периоды жизни  необходимо закаливать организм. Под  закаливанием понимают повышение устойчивости организма к неблагоприятным  воздействиям внешней среды и  в первую очередь к охлаждению. Закаливание достигается путем  использования естественных факторов природы — солнца, воздуха и  воды. Они действуют на нервные  окончания и сосуды кожи человека, повышают активность нервной системы  и способствуют усилению обменных процессов. При постоянном воздействии природных  факторов происходит привыкание к ним  организма. Закаливание организма эффективно при соблюдении следующих основных условий: а) систематическое и постоянное применение естественных факторов; б) постепенное и систематическое увеличение длительности и силы их воздействия (закаливание начинать с использования теплой воды, постепенно снижать ее температуру и увеличивать время проведения водных процедур); в) закаливание с применением контрастных по температуре раздражителей (теплая — холодная вода); г) индивидуальный подход к закаливанию.

 

Применение природных  факторов закаливания необходимо сочетать с занятиями физической культурой  и спортом. Хорошо способствует закаливанию  утренняя гимнастика на свежем воздухе  или в комнате при открытой форточке с обязательным обнажением значительной части тела и последующими водными процедурами (обливание, душ). Закаливание является наиболее доступным  средством оздоровления людей.

 

 

Задать вопрос

Основы реаниматологии

Физиология (семестр 1)