Нервный и гуморальный механизмы терморегуляции

Функции терморецепторов выполняют специализированные нервные клетки, имеющие особо высокую чувствительность к температурным воздействиям. Они расположены в различных частях тела: коже, скелетных мышцах, кровеносных сосудах, во внутренних органах (в желудке, кишечнике, матке, мочевом пузыре), в дыхательных путях, в спинном мозге, ретикулярной формации, среднем мозге, гипоталамусе, коре больших полушарий и в других отделах ЦНС. Много термочувствительных нейронов в медиальной преоптической области переднего гипоталамуса. Можно выделить три группы терморецепторов: экстерорецепторы (расположены в коже), интерорецепторы (сосуды, внутренние органы), центральные терморецепторы (ЦНС). Наиболее изучены терморецепторы кожи. Больше всего их на коже лица и шеи. Кожные терморецепторы бывают двух типов — холодовые и тепловые. Оба типа особенно чувствительны к степени изменения температуры. Холодовые рецепторы резко повышают частоту импульсации в ответ на охлаждение и снижают ее, когда температура увеличивается. Тепловые рецепторы реагируют на изменение температуры противоположным образом. На поверхности тела количественно преобладают холодочувствительные терморецепторы. Холодовые рецепторы располагаются на глубине 0,17 мм от поверхности кожи, их около 250 тысяч. Тепловые рецепторы находятся глубже — 0,3 мм от поверхности, их примерно 30 тысяч.

При любой совместимой с жизнью температуре от периферических рецепторов в ЦНС поступает стационарная информация. Разряды тепловых рецепторов наблюдаются в диапазоне температур от 20 до 50°, а холодовых - от 10 до 4ГС. При температуре ниже 10° холодовые рецепторы и нервные волокна гомой-отермных животных блокируются. При температуре выше 45° холодовые рецепторы могут вновь активироваться, что объясняет феномен парадоксального ощущения холода, наблюдаемый при сильном нагревании. Усиление активности холодовых и тепловых рецепторов наблюдается вплоть до 50°, при более высоких температурах терморецепторы повреждаются. При температуре 47 — 48°С наряду с терморецепторами начинают возбуждаться и болевые рецепторы. Этим объясняют необычную остроту парадоксального ощущения холода.

Возбуждение рецепторов зависит как от абсолютных значений температуры кожи в месте раздражения, так и от скорости и степени ее изменения. Одни рецепторы реагируют на перепад температуры в 0,1°, другие — в Г, а третьи возбуждаются лишь при достижении разницы в 10°. Для холодовых рецепторов оптимум чувствительности (генерация импульсации максимальной частоты) лежит в пределах 25 — 30°, для тепловых в пределах — 38 —43°С. В этих областях минимальные изменения температуры вызывают наибольшую реакцию рецепторов.

Центры терморегуляции

Информация от кожных рецепторов идет по чувствительным нервным волокнам типа А-дельта (от холодовых рецепторов) и С, поэтому в ЦНС она доходит с разной скоростью. Афферентный поток нервных импульсов от терморецепторов поступает через задние корешки спинного мозга к вставочным нейронам задних рогов, по спиноталамическому тракту этот поток достигает передних ядер таламуса, откуда часть информации после переключения проводится в соматосенсорную кору больших полушарий, а часть — в гипоталамические центры терморегуляции.

Часть афферентного потока импульсов от терморецепторов кожи и внутренних органов поступает по более древним (спиноталамическому и спиноретикулярному) трактам, восходящим в ретикулярную формацию, неспецифические ядра таламуса, медиальную преоптическую область гипоталамуса и в ассоциативные зоны коры головного мозга.

Кора больших полушарий, участвуя в переработке температурной информации, обеспечивает условно-рефлекторную регуляцию теплопродукции и теплоотдачи. Сильные терморегулятор-ные реакции вызывают природные условные раздражители, сопровождающие на протяжении всей жизни организма его охлаждение или нагревание (вид снега, льда, яркое солнце и т.д.). Высшие отделы ЦНС (кора и лимбическая система) обеспечивают возникновение субъективных температурных ощущений (холодно, прохладно, тепло, жарко), мотивационных возбуждений и поведения, направленного на поиск более комфортной среды.

На теплопродукцию и теплоотдачу организма влияют многие нервные структуры. Интеграция различной сенсорной информации, связанной с тепловым балансом, и регуляция температуры тела осуществляются главным центром терморегуляции, расположенным в гипоталамусе. Разрушение этого участка гипоталамуса или нарушение его нервных связей (перерезка на уровне среднего мозга) ведет к утрате способности регулировать температуру тела. В терморегуляторном центре обнаружены различные по функциям группы нервных клеток — термочувствительные нейроны; клетки, определяющие уровень поддерживаемой в организме температуры тела; в переднем гипоталамусе расположены нейроны, управляющие процессами теплоотдачи, а в заднем гипоталамусе — процессами теплопродукции. После разрушения центров переднего гипоталамуса физиологическая активность в условиях холода сохраняется, но в условиях жары температура тела быстро повышается. Разрушение центров заднего гипоталамуса нарушает способность к усилению энергетического обмена в холодной среде, и температура тела в этих условиях падает.

В терморегуляции принимают участие и гуморальные факторы — прежде всего гормоны щитовидной железы (тироксин и др.) и надпочечников (адреналин и др.). Снижение температуры вызывает увеличение концентрации этих гормонов в крови. Эти гормоны усиливают окислительные процессы, что сопровождается увеличением теплообразования. Адреналин суживает периферические сосуды, что приводит к снижению теплоотдачи.

ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ

Температура окружающей среды оказывает большое влияние на физиологическую активность живых организмов. В разных регионах Земли температура колеблется от -50°С во время арктической зимы до +60°С летом в некоторых пус­тынях. Температурный диапазон, в котором способны функ­ционировать живые клетки, составляет около 50°С. Живые клетки замерзают при нескольких градусах ниже 0°С. Кри­сталлы льда, которые образуются при замерзании тканей, разрушают клеточные структуры. Однако некоторые живот­ные способны восстанавливать свою жизнедеятельность по­сле размораживания. При температурах выше 45°С проис­ходит денатурация белков, т.е. в этих условиях функциони­рование организма невозможно. Температура способна вли­ять на метаболизм живой ткани, так как скорость биохими­ческих реакций зависит от температуры. Согласно правилу Вант-Гоффа, скорость химических реакций возрастает при повышении температуры на 10°С примерно в 2-3 раза.

В животном мире существует несколько основных спо­собов реагирования на внешнюю температуру. У пойкило термных (холоднокровных) животных, к которым относится большинство беспозвоночных и низших позвоночных, тем­пература тела и интенсивность энергетических процессов зависят от температуры окружающей среды.

У гомойотермных (теплокровных) животных (млекопитающих и птиц) выра­боталась способность сохранять одинаковую температуру внутренних частей тела, несмотря на ее изменения в окру­жающей среде (терморегуляция), что обеспечивает относи­тельное постоянство течения метаболических процессов и делает организм менее зависимым от внешних изменений. Гомойотермные организмы отличаются от пойкилотермных, близких по массе, значительно более высоким уровнем энергетическо­го обмена и относительно независимым от температуры ок­ружающей среды уровнем активности. Интенсивность обме­на энергии на единицу массы тела у гомойотермных живот­ных даже после разрушения центров терморегуляции как минимум в 3 раза превышает интенсивность обмена у пойки­лотермных (при одинаковой температуре).

Есть животные, которые обладают способностью пере­ ходить на некоторое время из гомойотермного состояния в пойкилотермное, и наоборот. Такой переход наблюдается у животных, впадающих в зимнюю спячку (сурки, суслики, сони и др.), отчего они получили название гетеротермных. Гетеротермия - это особое состояние, при котором гомойо­термные животные на время выключают терморегуляцию и температура их тела снижается до пределов, отличных при­близительно на 1 °С от окружающей среды. Гетеротермия является свойством, приобретенным в процессе эволюции позже, чем гомойотермия, и имеет важное значение для при­способления организма к неблагоприятным условиям (напри­мер, к недостатку пищи, воды).

Температура тела и тепловой баланс

Температура тела зависит от двух факторов: интенсив­ности образования тепла (теплопродукции) и величины по­терь тепла (теплоотдачи). Главным условием поддержания постоянной температуры тела гомойотермных животных, в том числе и человека, является достижение устойчивого баланса теплопродукции и теплоотдачи.

Такой баланс достигается следующими механизмами:

1. Метаболическая теплопродукция. Тепло образуется в качестве побочно­го продукта биохимических реакций, протекающих в организме, поэтому метаболизм в преобладающем большинстве случаев имеет положительный знак.

2. Излучение, теплопроведение и конвекция, которые в зависимости от условий внешней среды тепло получают или отдают.

3. Испарение, которое всегда имеет отрицательный знак, противоположная реакция конденсация - практически не влияет на тепловой баланс человека.

Опти­мальное соотношение теплопродукции и теплоотдачи обес­печивается совокупностью физиологических процессов, на­зываемых терморегуляцией. Различают химическую и физи­ческую терморегуляцию.

Химическая терморегуляция

Этот вид регуляции температуры осуществляется за счет изменения уровня обмена веществ, что ведет к повы­шению или понижению образования тепла в организм. Суммарная теплопродукция в организме склады­вается из первичной теплоты, выделяющейся в ходе посто­янно протекающих во всех тканях реакций обмена веществ, и вторичной теплоты, образующейся при расходовании энер­гии макроэргических соединений на выполнение определен­ной работы. Интенсивность метаболических процессов не­одинакова в различных органах и тканях, поэтому их вклад в общую теплопродукцию неравнозначен. Наибольшее коли­чество тепла образуется в мышцах при их напряжении и со­кращении (около 60%, печень 30%, прочие органы 10%). Образование тепла в мышцах при этих условиях получило название сократительного термогенеза. У новорожденных, а также мелких млекопитающих имеется механизм ускоренного теплообразования за счет возрастания скорости окисления жирных кислот бурого жира. Этот механизм получил название несократительного термогенеза.

Физическая терморегуляция

Различают следующие механизмы переда­чи тепла: излучение, теплопроведение, конвекция и испарение.

Излучение - это передача тепла в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона (а = 5-20 мкм). Все предметы с температурой выше абсолютного нуля (-273°С) отдают энергию путем излучения. Электромагнитная радиация сво­бодно проходит через вакуум, атмосферный воздух также можно считать прозрачным для электромагнитных волн. Ко­личество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду излучением, пропорционально площади поверхности излучения (площадь поверхности тех частей тела, которые со­прикасаются с воздухом) 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 путем излучения около 40-50% всего от­даваемого тепла. Излучение с поверхности тела возрастает при повышении температуры кожи и уменьшается при ее по­нижении. Если температуры поверхности кожи и окружаю­щей среды выравниваются, отдача тепла излучением пре­кращается. Если температура окружающей среды превышает температуру кожи, тело человека согревается, поглощая ин­фракрасные лучи, выделяемые средой.

Теплопроведение (кондукция) - передача тепла при непо­средственном соприкосновении тела с другими физическими объектами. Количество тепла, отдаваемого в окружающую среду этим способом, пропорционально разнице средних температур контактирующих тел, площади соприкасающих­ся поверхностей, времени теплового контакта и теплопро­водности.

Сухой воздух, жировая ткань характеризуются низкой теплопроводностью и являются теплоизоляторами. Влаж ный, насыщенный водяными парами воздух, вода имеют вы­ сокую теплопроводность. Поэтому пребывание при низкой температуре в среде с высокой влажностью сопровождается усилением теплопотерь организма. Влажная одежда теряет свои теплоизолирующие свойства.

Конвекция - теплопередача, осуществляемая путем пере­носа тепла движущимися частицами воздуха (воды). Конвек­ционный теплообмен, в отличие от теплопроведения, связан с обменом не только энергии, но и молекул. Это происходит потому, что вокруг всех предметов существует пограничный слой воздуха или жидкости, толщина которого зависит от окружающих условий. Когда тело окружено неподвижным воздухом, от кожи отходит теплый воздух, который, перехо­дя в окружающий воздух, переносит как энергию, так и мо­лекулы. Такой процесс называется свободной конвекцией. Если окружающий воздух движется, то толщина погранич­ного слоя зависит от скорости движения воздуха. Погранич­ный слой, равный при неподвижном воздухе нескольким миллиметрам, при ветре может уменьшиться до нескольких микронов.

Для рассеяния тепла конвекцией требуется обтекание поверхности тела потоком воздуха с более низкой темпера­турой. Непосредственно контактирующий с кожей слой воз­духа нагревается, снижает свою плотность, поднимается и замещается более холодным и плотным воздухом. В услови­ях, когда температура воздуха равна 20°С, а относительная влажность 40-60%, тело взрослого человека рассеивает в ок­ружающую среду путем теплопроведения и конвекции около 25-30% тепла. Количество отдаваемого конвекцией тепла возрастает при увеличении скорости движения воздушных потоков (ветер, вентиляция).

Испарение - это отдача тепла в окружающую среду за счет испарение пота или влаги с поверхности кожи и слизи­стых дыхательных путей. Путем испарения организм человека отдает в этих условиях около 20% всего рассеиваемого тепла. Повышение внешней температуры, выполнение физической работы усиливают по­тоотделение. Испаре­ние возможно до тех пор, пока влажность воздуха окружаю­щей среды остается меньше 100%. При интенсивном потоот­делении, высокой влажности и малой скорости движения воздуха капельки пота, не успевая испариться, стекают с по­верхности тела, теплоотдача путем испарения становится менее эффективной.

Температура тела человека и ее измерение

Поскольку тепло отдается в окру­жающую среду главным образом через кожу, температура поверхностных тканей (оболочки), как правило, ниже темпе­ратуры более глубоких тканей (ядра). Темпера­тура разных частей тела неравномерна - она выше на уча­стках тела, хорошо снабжаемых кровью или закрытых одеждой, т.е. зависит, с одной стороны, от интенсивности перено­са к ней тепла кровью, а с другой - от охлаждающего или со­гревающего действия температуры внешней среды. Например, когда легко одетый человек находится в помещении с температурой воздуха 20°С, тем­пература глубокой мышечной части бедра составляет при­мерно 35°С, температура глубоких слоев икроножной мыш­цы 33°С, а в центре стопы лишь 27-28°С.

Температура ядра - одна из важнейших констант гомеостаза, определяющая скорость биохимических реакций, конформационные изменения биологически важных моле­кул, а следовательно, и уровень активности всех клеток ор­ганизма. Однако и она не является постоянной. Даже в го­ловном мозге существует радиальный температурный гради­ент более чем в 1°С от центральной части до коры. Суточ­ные колебания внутренней температуры в условиях относи­тельного покоя находятся в пределах 1°С. Максимального значения температура тела достигает в 18-20 ч и снижается до своего минимума во время ночного сна, к 4-6 ч утра.

Наиболее близ­ко среднее значение температуры ядра тела отражает темпе­ратура крови в полостях сердца, аорте и других крупных со­судах. В качестве показателя температуры глубоких тканей тела обычно используют значения ректальной, подъязычной и подмышечной температуры, а также температуры в наруж­ном слуховом проходе. Температуру мозга хорошо отражает температура барабанной перепонки.

Система терморегуляции

Терморегуляция- это совокупность физиологических процессов, деятельность которых направлена на поддержание относительного постоянства температуры ядра в условиях из­менения температуры среды с помощью регуляции теплоот­дачи и теплопродукции. Терморегуляция направлена на предупреждение нарушений теплового баланса организма или на его восстановление, если такие изменения уже произошли.

Система терморегуляции состоит из ряда элементов со взаимосвязанными функциями. Информация о температуре приходит от периферических и центральных терморецепторов (датчиков) по афферентным нервам к центру терморегуляции. Этот центр обрабатывает поступившую информацию и посылает команды эффекторам (исполнительным звеньям), т.е. активирует различные механизмы, которые обеспечивают изменение теплопродукции и теплоотдачи.

Рефлекторные и гуморальные механизмы терморегуляции

Функции терморецепторов выполняют специализиро­ванные нервные клетки, имеющие особо высокую чувстви­тельность к температурным воздействиям. Они расположены в различных частях тела: коже, скелетных мышцах, крове­носных сосудах, во внутренних органах (в желудке, кишеч­нике, матке, мочевом пузыре), в дыхательных путях, в спин­ном мозге, ретикулярной формации, среднем мозге, гипота­ламусе, коре больших полушарий и в других отделах ЦНС.

Много термочувствительных нейронов имеется в медиаль­ной преоптической области переднего гипоталамуса. Можно выделить три группы терморецепторов: экстерорецепторы (расположены в коже), интерорецепторы (сосуды, внутрен­ние органы), центральные терморецепторы (ЦНС).

Афферентный поток импульсов от терморецеп­торов кожи и внутренних органов поступает в ретикулярную формацию, неспецифические ядра таламуса, медиальную преоптическую область гипота­ламуса и в ассоциативные зоны коры головного мозга.

Главный центр тер­морегуляции расположен в гипоталамусе. Здесь осуществляется интеграция различной сенсор­ной информации, связанной с тепловым балансом, и регуля­ция температуры тела. Разрушение этого участка гипоталамуса или нарушение его нервных свя­зей (перерезка на уровне среднего мозга) ведет к утрате спо­собности регулировать температуру тела. В терморегуляторном центре обнаружены различные по функциям группы нервных клеток: термочувствительные нейроны; клетки, оп­ределяющие уровень поддерживаемой в организме темпера­туры тела; в переднем гипоталамусе расположены нейроны, управляющие процессами теплоотдачи, а в заднем гипотала­мусе - теплопродукции.

Кора больших полушарий, участвуя в переработке тем­пературной информации, обеспечивает условно-рефлектор­ную регуляцию теплопродукции и теплоотдачи. Сильные терморегуляторные реакции вызывают природные условные раздражители, сопровождающие на протяжении всей жизни организма его охлаждение или нагревание (вид снега, льда, яркое солнце и т.д.). Высшие отделы ЦНС (кора и лимбическая система) обеспечивают возникновение субъективных температурных ощущений (холодно, прохладно, тепло, жар­ко), мотивационных возбуждений и поведения, направленно­го на поиск более комфортной среды.

Дата добавления: 2018-10-27 ; просмотров: 819 ;

1. Температурная стабилизация интенсивности обмена веществ. Если для

изолированных клеток снижение или повышение температуры среды инкубации на 10 о С сопровождается изменением интенсивности потребления кислорода приблизительно в 2 раза, то для организма в целом подобные изменения температурывнешнейсредыизменяютобменвеществвменьшей степени.

2. Температурный гистерезис — разные интенсивности поглощения и отдачи теплоты. Характерно более интенсивное накопление тепла из внешней среды и менее интенсивное излучение. Этот механизм выработался у животных, обитающих в условиях резких смен дневной и ночной температур.

3. Терморегуляционное поведение включает многие механизмы, характерные для различных видов животных. Оно включает:

а) построение жилищ, гнезд, укрытий; б) принятие терморегуляционных поз, уменьшающих открытую по-

хранения тепла; г) сознательную деятельность человека.

4. Активные механизмы терморегуляции, реализуемые через нейрогуморальные механизмы.

Для гомойотермных животных и для человека главным механизмом сохранения температурного гомеостаза является баланс теплопродукции и теплоотдачи, или баланс химической и физической терморегуляции.

3. Характеристика химической терморегуляции. Механизмы сократительного и несократительного термогенеза Теплопродукция. Обмен веществ как источник образования тепла

Теплопродукция определяется интенсивностью метаболических процессов и колеблется в течение суток в пределах 6–7 тыс. кДж основного обмена и возрастает до 15–20 тыс. кДж при выполнении тяжелой физической работы. В покое приблизительно 40 % теплопродукции обусловлено работой мембранных ионных насосов, а также сокращениями сердца, дыхательных мышц, перистальтикой органов ЖКТ. Мышцы обеспечивают 60 %, печень — 30 % теплопродукции. Химическая терморегуляция — это механизм регуляции температуры тела, который реализуется путем повышения теплообразованияпри действии наорганизмнизкихтемператур. (Интенсивность образованиятеплавозрастает в3–5 раз). Достигаетсязасчетдвухмеханизмов:

1. Сократительного термогенеза (терморегуляторной активности мышц). Сократительный термогенез включает повышение тонуса мышц и мышечную дрожь. При охлаждении поверхностных тканей повышается тонус мышц сгибателей конечностей, туловища, шеи. Реализуется на уровне отдельных двигательных единиц, сокращения которых приближаются к одиночным или мел-

кочастотному зубчатому тетанусу. Эффект повышения температуры тканей организма обусловлен уменьшением площади теплоотдачи и усилением теплопродукции в мышцах. При более резком охлаждении тела, затрагивающем глубжерасположенныеткани, возникаетхолодоваямышечнаядрожь.

2. Активации метаболизма с преобладанием реакций прямого окисления и снижением сопряжения окисления с фосфорилированием. Основными гормонами, усиливающими теплопродукцию, являются норадреналин и тироксин. В результате увеличивается образование свободной тепловой энергии, но снижается синтез АТФ.

4. Характеристика физической терморегуляции. Физические пути теплоотдачи (теплопроведение, теплоизлучение, испарение)

Теплоотдача в значительной степени определяется интенсивностью кровотока в поверхностных тканях организма и осуществляется путем:

1. Теплоизлучения (60 %).

4. Испарения воды с поверхности кожи и дыхательных путей. В покое этим путем у человека теряется около 20 % теплоты, при физической рабо-

При измерении интенсивности обмена веществ в условиях различных температурных воздействий обнаруживается нейтральный температурный диапазон, для которого характерно минимальное потребление кислорода. Для человека термонейтральная зона лежит между 27 и 32,5 °С. В этом диапазоне механизмы физической и химической терморегуляции функционируют с минимальным напряжением.

5. Температура тела человека и ее суточные колебания. Температура ядра и оболочки тела человека

Тепловая энергия в организме вырабатывается в процессе обмена веществ и отдается в окружающую среду с поверхности кожи и видимых слизистых оболочек. Таким образом, существует постоянный температурный градиент с более высокой температурой внутренних слоев тела и более низкой — поверхностных. Внутренняя температура тела не является постоянной как в пространственном, так и во временном отношениях. Ее колебания составляют 0,2–1,2 °С. Наиболее высокая температура в теле человека регистрируется в прямой кишке.

Температура тела человека подвержена суточным колебаниям. Она минимальна в предутренние часы (примерно 4 часа утра) и максимальна во 2-й половине светового дня. Амплитуда суточных колебаний в среднем составляет примерно 1 °С. Колебания температуры тела в течение суток относятся к суточным ритмам периодической активности организма. У жи-

вотных, ведущих ночной образ жизни, отмечается более высокая теплопродукция в ночные часы.

У женщин отмечается зависимость температуры от фазы менструального цикла.

6. Терморецепция. Периферические и глубокие холодовые и тепловые терморецепторы. Роль афферентации, центра терморегуляции и эфферентации в регуляции температуры тела человека

Периферические терморецепторы расположены в коже, под кожей, в поверхностных сосудах. Центральные — в ЦНС и особо высокая плотность их обнаруживается в гипоталамусе. Периферические терморецепторы делятся на холодовые и тепловые. В покое они обладают фоновой активностью со средней частотой 10 имп/с, в момент воздействия они дают кратковременное увеличение частоты ПД. Холодовые рецепторы воспринимают температуру в диапазоне 20–33 °С, максимальная активность — при 26 °С; тепловые реагируют на диапазон температур 40–46 °С, максимум активности при 43 °С. От периферических рецепторов рефлекторная дуга замыкается на уровне сегмента спинного мозга. Информация о состоянии внешней температуры по восходящим спиноталамическим и спиноретикулярным трактам поступает соматотопически в кору головного мозга и через ретикулярную формацию и неспецифические ядра таламуса — в передний гипоталамус, где сопоставляется с активностью термосенсоров гипоталамуса. В зависимости от анализа наблюдаются различные варианты реакций. При возбуждении холодовых рецепторов при температуре крови 37 °С ответная регуляторная реакция направлена на уменьшение теплоотдачи путем снижения кровотока в покровных тканях. Если при этом наблюдается также и снижение температуры теплового ядра тела, усиливается и теплопродукция.

Нервные и гуморальные эфферентные пути терморегуляции

Центральным отделом организации реакций терморегуяции является гипоталамус. Эфферентными путями в нервной регуляции теплового баланса организма являются симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы, центры которых расположены в переднем (парасимпатическая) и заднем гипоталамусе. Гуморальная регуляция осуществляется гипоталамо-гипофизарной системой и гормонами периферических желез.

7. Изменение терморегуляции при влиянии на организм согревающей и охлаждающей внешней среды

Физиологические механизмы адаптации к холоду и теплу.

В комфортных условиях коррекции теплового баланса не происходит. При температуре среды ниже комфортной происходит активация заднего

Терморегуляция человека – набор чрезвычайно важных механизмов, поддерживающих стабильность температурного режима организма в разных условиях внешней среды. Но почему человек так нуждается в неизменной температуре тела, и что будет, если она начнет колебаться? Как протекают терморегуляционные процессы и что делать, если природный механизм дает сбой? Обо всем этом — ниже.

Что такое терморегуляция организма человека

Человек, как и большинство млекопитающих — гомойотермное создание. Гомойотермия – это способность организма обеспечивать себе постоянство уровня температуры, в основном с помощью физиолого-биохимических реакций.

Терморегуляция организма человека – это эволюционно сформировавшийся набор механизмов, которые срабатывают за счет гуморальной (посредством жидкой среды) и нервной регуляции, метаболизма (обмена веществ) и энергетического обмена. Различные механизмы имеют различные способы и условия срабатывания, поэтому их активация зависит от времени дня, пола человека, числа прожитых лет и даже положения Земли на орбите.

Терморегуляция в организме человека выполняется рефлекторно. Специальные системы, действие которых направлено на контроль температуры, регулируют интенсивность отдачи или поглощения тепла.

Система терморегуляции человека

Поддержание температурного режима тела на постоянном заданном уровне осуществляется при помощи двух противоположных механизмов терморегуляции организма человека — отдачи и продукции тепла.

Механизм теплопродукции, или химическая терморегуляция человека – процесс, способствующий повышению температуры организма. Он имеет место при всех обменах веществ, но, по большей мере, в мышечных волокнах, клетках печени и клетках бурых жировых отложений. Так или иначе, в продуцировании тепла участвуют все тканевые структуры. В каждой клетке человеческого тела происходят окислительные процессы, расщепляющие органические вещества, в ходе которых какая-то доля выделяемой энергии уходит на нагревание организма, а основное количество – на синтезирование аденозинтрифосфатной кислоты (АТФ). Это соединение является удобной формой для накопления, транспортировки и эксплуатации энергии.

Во время понижения температуры рефлекторным образом понижается и скорость обменных процессов в человеческом теле, и наоборот. Химическая регуляция активизируется в тех случаях, когда физической составляющей теплообмена не хватает для поддержания нормального температурного значения.

Чтобы повысить выработку тепла в организме включаются механизмы термогенеза. Среди них выделяют следующие.

1. Сократительный.

Этот механизм активизируется за счет работы мышц, в ходе которой ускоряется разложение аденозитрифосфата. При его расщеплении выделяется вторичная теплота, эффективно согревающая тело.

Сокращения мышц в таком случае происходят непроизвольно — при поступлении импульсов, исходящих из коры головного мозга. Как результат, в теле человека можно наблюдать значительное (до пяти раз) повышение выработки тепла.

Неконтролируемые мышечные сокращения при сократительном термогенезе называют холодовой дрожью. Повысить температуру организма при помощи сокращений мышц можно и осознанно – проявляя двигательную активность. Физическая нагрузка способствует повышению теплопродукции до 15 раз.

2. Несократительный.

Данный вид термогенеза может повысить теплопродукцию почти втрое. В его основе лежит катаболизм (расщепление) жирных кислот. Этот механизм регулируется при помощи симпатической нервной системы и гормонов, выделяемых щитовидной железой и мозговым веществом надпочечников.

Механизм теплоотдачи, или физическая составляющая терморегуляции – это процесс избавления организма от лишнего тепла. Постоянное значение температуры поддерживается за счет выведения тепла через кожу (путем кондукции и конвекции), радиации и выведения влаги.

Часть теплоотдачи происходит за счет теплопроводности кожи и слоя жировой клетчатки. Процесс регулируется по большей части кровообращением. При этом тепло от кожи человека отдается твердым предметам при прикасании к ним (кондукция) или окружающему воздуху (конвекция). Конвекция составляет значимую часть теплоотдачи — в воздух передается 25-30% человеческого тепла.

Радиация или излучение — это перенос энергии человека в пространство или на окружающие предметы, имеющие более низкую температуру. С излучением уходит до половины человеческого тепла.

И, наконец, испарение влаги с поверхности кожи или из дыхательных органов, на которое приходится 23-29% потери тепла. Чем больше показатель температуры тела превышает норму, тем активнее организм охлаждается при помощи испарения — поверхность тела покрывается потом.

В случае, когда температура окружающей среды значительно превышает внутренний показатель организма, испарение остается единственным действенным механизмом охлаждения, все прочие перестают работать. Если же высокая внешняя температура еще сопровождается повышенной влажностью, которая затрудняет потоотделение (т.е. испарение воды), то человек может перегреться и получить тепловой удар.

Рассмотрим механизмы физической регуляции температуры тела более подробно:

Суть этого вида теплоотдачи состоит в том, что энергия направляется в окружающую среду путем испарения влаги с кожного покрова и слизистых оболочек, устилающих дыхательные пути.

Этот вид теплоотдачи — один из наиважнейших, поскольку, как уже отмечалось, может продолжаться в среде с высокой температурой, при условии, что процент влажности воздуха будет меньше 100. Это объясняется тем, что чем выше влажность воздуха, тем хуже вода будет испаряться.

Важным условием для эффективности перспирации является циркуляция воздуха. Поэтому если человек будет в непроницаемой для воздухообмена одежде, то пот через какое-то время потеряет возможность испаряться, поскольку влажность воздуха под одеждой превысит 100%. Это приведет к перегреву.

В процессе потоотделения энергия человеческого организма тратится на то, чтобы разорвать молекулярные связи жидкости. Теряя молекулярные связи, вода принимает газообразное состояние, а тем временем излишек энергии выходит из организма.

Испарение воды со слизистых оболочек дыхательных путей и испарение через поверхностную ткань — эпителий (даже когда кажется, что кожа сухая) называется неощутимой перспирацией. Активная работа потовых желез, при которой происходит обильное потоотделение и теплоотдача, называется ощутимой перспирацией.

Данный способ теплоотдачи работает за счет излучения инфракрасных электромагнитных волн. По законам физики, любой объект, температура которого поднимается выше температуры окружающей среды, начинает отдавать тепло посредством излучения.

Чтобы не допустить чрезмерной утечки тепла таким способом, человечество изобрело одежду. Ткань одежды помогает создать воздушную прослойку, температура которой принимает значение температуры тела. Это уменьшает излучение.

Количество тепла, рассеиваемого объектом, пропорционально площади поверхности излучения. Это означает, что, меняя положение тела, можно регулировать свою теплоотдачу.

Кондукция или теплопроведение происходит при прикосновении человека к любому другому предмету. Но избавление от излишка тепла может произойти только в том случае, если объект, с которым человек вступил в контакт, имеет более низкую температуру.

Важно помнить, что воздух с низким процентом влажности и жир имеют малое значение теплопроводности, поэтому являются теплоизоляторами.

Суть этого способа теплоотдачи заключается в перенесении энергии циркулирующим вокруг тела воздухом, при условии, что его температура будет ниже температуры тела. Прохладный воздух в момент контакта с кожей прогревается и устремляется наверх, замещаясь новой дозой холодного воздуха, находящегося ниже из-за высокой плотности.

Одежда играет важную роль в том, чтобы при конвекции тело не отдало слишком много тепла. Она представляет собой барьер, замедляющий воздушную циркуляцию и, тем самым, конвекцию.

Центр терморегуляции

Центр терморегуляции человека находится в головном мозге, а именно – в гипоталамусе. Гипоталамус – это часть промежуточного мозга, которая включает в себя множество клеток (около 30 ядер). Функции этого образования заключаются в поддержании гомеостаза (т.е. способности организма к саморегуляции) и деятельности нейроэндокринной системы.

Одной из самых важных функций гипоталамуса является обеспечение и контроль действий, направленных на терморегуляцию тела.

При выполнении этой функции в центре терморегуляции у человека происходят такие процессы:

1. Периферические и центральные терморецепторы передают информацию в передний отдел гипоталамуса.
2. В зависимости от того, в нагревании или в охлаждении нуждается наш организм, активизируется центр теплопродукции либо центр теплоотдачи.

При передаче импульсов от рецепторов холода начинает функционировать центр теплопродукции. Он находится в задней части гипоталамуса. От ядер по симпатической нервной системе двигаются импульсы, повышающие скорость обменных процессов, сужающие сосуды, активизирующие скелетные мышцы.

Если организм начинает перегреваться, то начинает активно работать центр теплоотдачи. Он находится в ядрах переднего отдела гипоталамуса. Возникающие там импульсы являются антагонистами механизма теплопродукции. Под их влиянием у человека происходит расширение сосудов, повышается потоотделение, — организм охлаждается.

В терморегуляции человека принимают участие также другие отделы центральной неравной системы, а именно кора больших полушарий мозга, лимбическая система и ретикулярная формация.

Основная функция температурного центра в головном мозге – поддержание постоянного температурного режима. Он определяется суммарным значением температуры организма, когда оба механизма (теплопродукция и теплоотдача) активны менее всего.

Органы внутренней секреции также играют немаловажную роль в терморегуляции тела человека. При пониженной температуре щитовидная железа увеличивает продукцию гормонов, которые ускоряют обменные процессы. Надпочечники владеют способностью контролировать теплоотдачу за счет гормонов, регулирующих процессы окисления.

Нарушения терморегуляции организма: причины, симптомы и лечение

Нарушением терморегуляции называют внезапные изменения температуры тела или отклонения от нормы в 36,6 градусов по Цельсию.

Причинами температурных колебаний могут стать как внешние факторы, так и внутренние, например, заболевания.

Специалисты различают следующие нарушения терморегуляции:

• озноб;
• озноб при гиперкинезе (непроизвольных мышечных сокращениях);
• гипотермия (переохлаждение организма). Гипотермии посвящена отдельная статья на нашем сайте;
• гипертермия (перегрев организма).

Причин нарушений терморегуляции множество, самые распространенные из них приведены ниже:

• Приобретенный или врожденный дефект гипоталамуса (если проблема в этом, то перепады температуры могут сопровождаться сбоями в работе желудочно-кишечного тракта, органов дыхания, сердечно-сосудистой системы).
• Перемена климата (как внешний фактор).
• Злоупотребление алкогольными напитками.
• Следствие процессов старения.
• Психические расстройства.
• Вегетососудистая дистония (на нашем сайте вы можете прочитать о температурных перепадах при ВСД).

В зависимости от причины, перепады температуры могут сопровождаться различными симптомами, частыми из которых являются лихорадка, головная боль, потеря сознания, сбои в работе пищеварительной системы, ускоренное дыхание.

При нарушениях регуляции температуры организмом нужно обратиться к неврологу. Основные принципы лечения данной проблемы заключаются в:

• приеме препаратов, воздействующих на эмоциональное состояние пациента (если причина в расстройствах психики);
• приеме препаратов, оказывающих влияние на деятельность центральной нервной системы;
• приеме лекарств, способствующих усиленной теплоотдаче в сосудах кожи;
• общей терапии, в которую входит: физическая активность, закаливание, здоровое питание, прием витаминов.