Играет температура в жизни человека

Терморегуляция – так называют процесс выработки тепла в организме и её отдачи во внешнюю среду. Как у большинства млекопитающих, так и у человека терморегуляция протекает по одинаковому принципу. Какой орган отвечает за отопление тела и каким образом организму удается поддерживать постоянную температуру?

Как работает наша печка?

В отличие от пресмыкающихся, чья жизнь зависима от температуры окружающей среды, терморегуляция млекопитающих позволяет обеспечивать нормальный обмен веществ независимо от времен года и погоды. Возможность держать постоянную температура тела также обеспечивает оптимальные условия для работы ферментов, ускоряющих наши биохимические процессы.

Разные участки тела отапливаются не одинаково. Например, если в подмышечной впадине у здорового человека температура колеблется от 36.5 до 36.9 °С, то температура стоп и кистей варьируется от 24.4 до 30 °С, шея разогрета до 34 °С, а голова – до 33.5 °С.

Ввиду того, что у внутренних органов меньшая теплоотдача, чем у кожи, то температура там несколько выше. Самый горячий орган в нашем теле печень. Она разогревается от 37,8 до 38.5 °С. Такая разница обусловлена задачами, которые она выполняет. Печень – центральная химическая лаборатория в организме, отвечающая за выработку пищеварительной желчи, фильтрацию (очищение) крови и переработку поступающего с пищей сырья в необходимые химические элементы для работы остальных органов.

При этом существует определенный график подачи тепла в течения суток. В 3-4 часа утра организм отапливает тело меньше всего и, наоборот, в 16-18 часов включает печку на полную.

Правда, стоит заметить, что в зависимости от особенностей организма конкретного человека, указанные выше цифры могут немного отличаться.

Кто в нашем организме главный энергетик?

Выработку тепла называют химической терморегуляцией, а её потерю – физической терморегуляцией.

Так вот, химической терморегуляцией, то есть выработкой тепла, занимаются все клетки нашего тела, все ткани и каждый внутренний орган. Кто-то вырабатывает тепла меньше, кто-то больше.

Однако существуют три наиболее интенсивных источника тепла. Это мускулы, вышеописанная печень и бурая жировая ткань. Главным энергетиком, руководящим всем процессом отопления, можно назвать гипоталамус – небольшую область в головном мозге.

Топливом для печки является потребляемая нами пища, которая расщепляется на белки, жиры и углеводы. При окислении этого богатства высвобождается нужная энергия.

Мышцы производят примерно 20% всего тепла в организме и, даже если мы будем лежать неподвижно, мускулы свою работу не бросят. Если лежать неподвижно, но при этом напрячься, то теплообразование увеличится на 10%. Незначительная физическая нагрузка увеличит нагрев еще на 50-80%, а тяжелая мышечная работа – на все 500%.

Если происходит перегрев, то включается процесс конвекции, кондукции, потоотделения и радиации (инфракрасного излучения). Это будет уже физическая терморегуляция – отдача тепла.

В ситуации, когда организм, напротив, переохлажден, мышцы “включают” режим дрожи – беспорядочного сокращения.

О пищеварительной системе и печени мы уже немного рассказали. Тепло вырабатывается в процессе расщепления пищи. Логично, что органы, работающие с топливом напрямую, будут жить теплее остальных. Более любопытна бурая жировая ткань.

Жир, сам по себе, это запас энергии. Однако бурый жир, в отличие от обычного белого, расходуется легче и быстрее. Когда мышцы и остальные органы не справляются с обогревом тела, организм оперативно сжигает бурый жир, получая дополнительное тепло.

Беда в том, что у взрослого человека бурого жира почти нет. Наиболее развит он лишь у новорожденных и составляет около 5% от массы тела. Так природа позаботилась о том, чтобы мы не замерзли в первые месяцы своей жизни. Бурым жиром богаты животные, особенно те, которые впадают в зимнюю спячку, например, медведи.

Интересные факты

Тепло по организму разносит кровь. Однако если организм почувствует холод, то кровеносные сосуды сужаются, уменьшая приток крови. Если ситуация будет отличной – тело испытывает перегрев, то кровеносные сосуды расширяются. Казалось бы, все должно быть наоборот. Как согреть, например, руки, если организм уменьшил подачу крови туда?

Дело в том, что при суженых сосудах кровь теряет меньше тепла. При увеличенных сосудах физическая терморегуляция, напротив, больше. Другими словами, если у организма не получается согреть ваши руки, он перестанет тратить на них энергию, чтобы не замерзли другие участки тела. Тут вам придется греть их самому, засунув конечности, например, в карманы.

Гипоталамус ответственный начальник, но наивный. Обмануть его могут пирогены – вещества, вырабатываемые самим организмом, либо вредоносными микробами.

Мошенники-пирогены уверяют гипоталамус в том, что ему необходимо увеличить отопление. Так мы переживаем лихорадку во время болезни. Определенное нагревание полезно для организма – так мобилизуются все ресурсы для борьбы с инфекцией. Однако, продолжительный и сильный перегрев становится губителен. При 42 °С происходит нарушение обмена веществ в тканях мозга, а при 43 °С наступает смерть. Поэтому, принимая пациентов в больнице, медики, в первую очередь, сбивают ему температуру.

Влияние температуры на организмы

Температура — важнейший из ограничивающих (лимити­рующих) факторов. Пределами толерантности для любого ви­да являются максимальная и минимальная летальные температуры, за пределами которых вид смертельно поражают жара или холод (рис. 2.3). Если не принимать во внимание некоторые уникальные исключения, все живые существа спо­собны жить при температуре между 0 и 50 °С, что обусловлено свойствами протоплазмы клеток.

На рис. 2.3 показаны температурные пределы жизни видо­вой группы, популяции. В «оптимальном интервале» организ­мы чувствуют себя комфортно, активно размножаются и чис­ленность популяции растет. К граничным участкам темпера­турного предела жизни — «пониженной жизнедеятельности» — организмы чувствуют себя угнетенно. При дальнейшем похо­лодании в пределах «нижней границы стойкости» или увеличе­нии жары в пределах «верхней границы стойкости» организмы попадают в «зону смерти» и погибают.

Этим примером иллюстрируется общий закон биологи­ческой стойкости (по Ламотту), применимый к любому из важных лимитирующих факторов. Величина «оптимального ин­тервала» характеризует «величину» стойкости организмов, т. е. величину их толерантности к этому фактору, или «экологиче­скую валентность».

Адаптационные процессы у животных по отношению к температуре привели к появлению пойкилотермных и гомой-отермных животных. Подавляющее большинство животных являются пойкилотермными, т. е. температура их собствен­ного тела меняется с изменением температуры окружающей среды: земноводные, пресмыкающиеся, насекомые и др. Зна­чительно меньшая часть животных — гомойотермные, т. е. имеют постоянную температуру тела, независимую от температуры внешней среды: млекопитающие (в том числе и чело­век), имеющие температуру тела 36—37 °С, и птицы с темпе­ратурой тела 40 °С.

Активную жизнь при температуре ниже нуля могут вести только гомойотермные животные. Пойкилотермные хотя вы­держивают температуру значительно ниже нуля, но при этом теряют подвижность. Температура порядка 40 °С, т. е. даже ниже температуры свертывания белка, для большинства жи­вотных предельна.

Не меньшее значение температура играет в жизни расте­ний. При повышении температуры на 10 ° С интенсивность фо­тосинтеза увеличивается в два раза, но лишь до 30—35 °С, за­тем его интенсивность падает, и при 40—45 °С фотосинтез во­обще прекращается. При 50 °С большинство наземных расте­ний погибает, что связано с интенсификацией дыхания расте­ний при повышении температуры, а затем его прекращения при 50 °С.

Температура влияет и на ход корневого питания у расте­ний: этот процесс возможен лишь при условии, когда темпера­тура почвы на всасывающих участках на несколько градусов ниже температуры наземной части растения. Нарушение этого равновесия влечет за собой угнетение жизнедеятельности рас­тения и даже его гибель.

Известны морфологические приспособления растений к низким температурам, так называемые жизненные формы рас­тений, которые, например, можно выделить по положению почек возобновления растительных видов по отношению к по­верхности почвы и к защите, которую они получают от снеж­ного покрова, лесной подстилки, слоя почвы и т. п. Вот неко­торые из форм (по Раункеру): эпифиты — растут на других рас­тениях и не имеют корней в почве; фанерофиты (деревья, кус­тарники, лианы) — их почки остаются над поверхностью снега и нуждаются в защите покровными чешуйками; криптофиты, или геофиты, теряют всю видимую растительную массу и пря­чут свои почки в клубнях, луковицах или корневищах, скры­тых в почве; терофиты — однолетние растения, отмирающие с наступлением неблагоприятного сезона, выживают лишь их семена или споры.

Морфологические адаптации к климатическим условиям жизни, и прежде всего к температурным, наблюдаются также у животных. Жизненные формы животных одного вида, на­пример, могут сформироваться под воздействием низких тем­ператур, от -20 до -40 °С, при которых они вынуждены накап­ливать питательные вещества и увеличивать массу тела: из всех тигров самый крупный амурский тигр, живущий в наиболее северных и суровых условиях. Эта закономерность именуется правилом Бергмана: у теплокровных животных размер тела осо­бей в среднем больше у популяций, живущих в более холод­ных частях ареала распространения вида.

Но в жизни животных гораздо большее значение имеют физиологические адаптации, простейшей из которых явля­ется акклиматизация — физиологическое приспособление к пе­ренесению жары или холода. Например, борьба с перегревом путем увеличения испарения, борьба с охлаждением у пойки-лотермных животных путем частичного обезвоживания своего тела или накопления специальных веществ, понижающих точ­ку замерзания, у гомойотермных — за счет изменения обмена веществ.

Существуют и более радикальные формы защиты от холо­да — миграция в более теплые края (перелеты птиц; высоко­горные серны на зиму переходят на более низкие высоты, и др.), зимовка — впадение в спячку на зимний период (сурок, белка, бурый медведь, летучие мыши: они способны понижать температуру своего тела почти до нуля, замедляя метаболизм и, тем самым, трату питательных веществ).

Большинство животных зимой находится в неактивном со­стоянии, а насекомые — вообще в неподвижном, остановив­шись в своем развитии. Это явление называют диапаузой, и она может наступать на разных стадиях развития насекомых — яйца, личинки, куколки и даже на стадии взрослой особи (ба­бочки, например).

Но многие организмы умеренных широт в этот период ве­дут активный образ жизни (волки, олени, зайцы и др.), а неко­торые даже размножаются (королевские пингвины и др.).

Таким образом, температура, являясь важнейшим лими­тирующим фактором, оказывает весьма существенное влияние на адаптационные процессы в организмах и популяциях наземновоздушной среды.