Рефлекторные и гуморальные механизмы терморегуляции

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: 1702; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!