Температура тела человека и изометрия
10.4. Терморегуляция. Температура тела и
изометрия
Температура тела
человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном
уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды. Это
постоянство температуры тела носит название изотермии.
Изотермия в процессе онтогенеза развивается постепенно. У
новорожденного способность поддерживать постоянство температуры тела
не совершенна. В результате может наступить охлаждение или
перегревание организма при таких температурах окружающей среды,
которые не оказывают влияния на взрослого человека. Даже небольшая
мышечная работа, связанная с длительным криком ребенка, может
повысить температуру тела.
Температура органов и тканей,
как и всего организма, зависит от интенсивности образования тепла и
от теплопотерь. Теплообразование происходит в результате
непрерывно совершающихся экзотермических реакциях. В тканях и
органах, производящих активную работу (мышечная ткань, печень,
почки), выделяется большее количество тепла, чем в менее активных
(соединительные ткани, кости, хрящи).
Потеря тепла органами и тканями зависит от месторасположения:
поверхностно расположенные органы (кожа, скелетные мышцы) отдают
больше тепла и охлаждаются сильнее, чем внутренние органы, более
защищенные от охлаждения. Печень, расположенная глубоко внутри тела
и дающая большую теплопродукцию, имеет у человека более высокую и
постоянную температуру (37,8 – 38 °С), температура кожи в большей
мере зависит от окружающей среды.
О
температуре тела человека судят на основании ее измерения в
подмышечной впадине. Здесь температура у здорового человека равна
36,5 -36,9°С. Температура тела не остается постоянной, а колеблется
в пределах 0,5 – 0,7°С. Покой и сон понижает температуру, мышечная
деятельность повышает ее. Максимальная температура тела наблюдается
в 4 – 6 часов вечера, минимальная – в 3 – 4 часа утра.
Постоянство температуры тела у человека может сохраняться при
условии равенства теплообразования и потери тепла всего организма.
Это достигается с помощью физиологических механизмов
терморегуляции. Терморегуляцию принято разделять на химическую и
физическую.
Химическая
терморегуляция
осуществляется путем изменения уровня теплообразования, т.е.
усиления или ослабления интенсивности обмена веществ в клетках
организма.
Химическая терморегуляция ведет к повышению или понижению
образования тепла в организме. 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. Образование тепла в мышцах при напряжении и
сокращении получило название сократительного термогенеза.
Сократительный термогенез является основным механизмом
дополнительного теплообразования у взрослого человека. У
новорожденного имеется механизм ускоренного теплообразования за счет
возрастания скорости окисления жирных кислот бурого жира, который
расположен в межлопаточной области, вдоль крупных сосудов грудной и
брюшной полостей, в затылочной области шеи. Оттенок бурого цвета
придают многочисленные окончания симпатических нервных волокон и
митохондрии, содержащиеся в клетках этой ткани. Масса бурой жировой
ткани достигает у взрослого 0,1% массы тела. У детей содержание
бурого жира больше, чем у взрослых. В бурой жировой ткани образуется
значительно большее количество тепла, чем в белой жировой ткани.
Этот механизм термообразования получил название несократительного
термогенеза.
Физическая терморегуляция
осуществляется путем изменения интенсивности отдачи тепла.
Физическая терморегуляция – это совокупность физиологических
процессов, ведущих к изменению уровня теплоотдачи.
Излучение
– это отдача тепла в виде электромагнитных волн инфракрасного
диапазона. Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую
среду излучением, пропорционально площади поверхности излучения
(площади 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 температура окружающей
среды повышает температуру кожи, тело человека согревается,
поглощая инфракрасные лучи, выделяемые средой.
Теплопроведение
(кондукция) — отдача тепла при непосредственном соприкосновении тела
с другим физическим объектом. Сухой воздух и жировая ткань являются
теплоизоляторами. Влажный, насыщенный водяными порами воздух и вода
имеют высокую теплопроводность. Поэтому пребывание при низкой
температуре с высокой влажностью сопровождается усилением
теплопотерь организма.
Конвекция
—
теплоотдача, осуществляемая путем переноса тепла движущимися
частицами воздуха (воды). Для рассеивания тепла конвекцией требуется
обтекание поверхности тела потоком воздуха с более низкой
температурой. При температуре воздуха 20°С, относительной влажности
— 40 — 60 % тело взрослого человека рассеивает в окружающую среду
путем теплопроведения и конвекции около 25 — 30 % тепла.
Испарение
—
это отдача тепла за счет испарения пота или влаги с поверхности кожи
и слизистых оболочек дыхательных путей. При температуре 20°С
испарение составляет около 36 г/час. Путем испарения организм отдает
около 20 % тепла. Испарение возможно до тех пор, пока влажность
воздуха 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. Потоотделение использует
затраты энергии. Некоторые животные не имеют механизма потоотделения
– это не потеющие животные. Они заменяют потоотделение тепловой
одышкой (полипноэ). Тепловая одышка протекает в виде сильно
учащенного, но поверхностного дыхания. Такой тип дыхания увеличивает
испарение воды с поверхности верхних дыхательных путей, полости рта
и языка.
Терморегуляция направлена на предупреждение нарушений теплового
баланса организма или на его восстановление. Информация о
температуре приходит от периферических и центральных терморецепторов
по афферентным нервам к центру терморегуляции в гипоталамусе. Этот
центр обрабатывает информацию и посылает команды эффекторам, т.е.
активирует различные механизмы, которые обеспечивают изменение
теплопродукции и теплоотдачи.
Функции терморецепторов выполняют специализированные клетки, имеющие
особо высокую чувствительность к температурным воздействиям. Они
расположены в различных частях тела (кожа, скелетные мышцы,
кровеносные сосуды, желудок, кишечник, матка, мочевой пузырь), в
дыхательных путях, в спинном мозге, ретикулярной формации, среднем
мозге, гипоталамусе, коре больших полушарий.
Выделяют три группы терморецепторов:
1)
экстерорецепторы располагаются в коже;
2)
интерорецепторы, расположенные на внутренних органах и сосудах;
3)
центральные терморецепторы располагаются в центральной нервной
системе.
Наиболее изучены терморецепторы кожи. Больше всего их на коже лица и
шеи. Кожные терморецепторы делятся на 1) холодовые и 2) тепловые. На
поверхности тела количественно преобладают холодочувствитсльные
терморецепторы. Холодовые рецепторы располагаются на глубине 0,17 мм
от поверхности кожи, их около 250 тыс. Тепловые рецепторы находятся
глубже и располагаются на глубине 0,3 мм от поверхности, их около 30
тыс.
Разряды тепловых рецепторов наблюдаются в диапазоне температур от
20 до 50 °С, а холодовых — от 10 до 41 °С. При температуре ниже 10
°С холодовые рецепторы и нервные волокна блокируются. При
температуре выше 45 °С холодовые рецепторы могут вновь
активироваться, что объясняет феномен парадоксального ощущения
холода, наблюдаемый при сильном нагревании. При температуре 47 — 48
°С начинают возбуждаться также болевые рецепторы. Это объясняет
необычную остроту парадоксального ощущения холода.
Возбуждение рецепторов зависит от абсолютных значений температуры
кожи в месте раздражения и от скорости и степени ее изменения.
Центры терморегуляции.
Общепринято, что основной центральный механизм терморегуляции (центр
терморегуляции) локализован в гипоталамусе. Гипоталамический
терморегуляторный механизм заключается в следующем. Сигнализация от
периферических терморецепторов, переключаясь в структурах задних
рогов спинного мозга, адресуется к сегментарным соматическим и
автономным механизмам спинального уровня,атакже
поступает по восходящим путям спинного мозга в головной мозг.
Главными проводниками температурной чувствительности в головной мозг
являются спиноталамический и спиноретикулярный тракты.
Сигналы от периферических терморецепторов адресуются в передний
гипоталамус (медиальную преоптическую область), где происходит
сравнение этих сигналов с уровнем активности центральных
термосенсоров (они отражают температурное состояние мозга).
Интеграция сигналов, характеризующих центральную и периферическую
температуру тела обеспечивает выработку структурами заднего
гипоталамуса импульсов, управляющих химической и физической
терморегуляцией.
В
комфортных условиях тепловой баланс, обеспечивающий поддержание
температуры тела на нормальном уровне, не нуждается в коррекции
специальными механизмами терморегуляции.
Кора больших полушарий, участвуя в переработке температурной
информации, обеспечивает условнорефлекторную регуляцию
теплопродукции и теплоотдачи. Сильные терморегуляторные реакции
вызывают природные условные раздражители (вид снега, льда, яркое
солнце и другие). Кора головного мозга и лимбическая система
обеспечивают возникновение субъективных температурных ощущений
(холодно, прохладно, тепло, жарко), мотивационных возбуждений и
поведения, направленного на поиск более комфортной среды. В
гипоталамусе расположены нейроны, управляющие процессами теплоотдачи
и теплопродукции. Термочувствительные нервные клетки способны
различать разницу температуры в 0,01 °С крови, протекающей через
мозг.
Имеются данные о том, что соотношение в гипоталамусе концентраций
ионов натрия и кальция определяет уровень температуры. Изменение
концентраций этих ионов приводит к изменениям уровня температуры
тела.
В
терморегуляции принимают участие и гуморальные факторы. Тироксин
усиливает окислительные процессы, что сопровождается увеличением
теплообразования. Адреналин суживает периферические сосуды, что
приводит к снижению теплоотдачи.
Температурная адаптация.
Продолжительное пребывание в перегревающих или переохлаждающих
условиях микроклимата приводит к повышению эффективности механизмов
защиты от перегревания или от переохлаждения. Тепловая
адаптация сводится к повышению эффективности механизма
потоотделения, что достигается за счет повышения чувства жажды при
незначительных потерях воды и снижения порога потоотделения на
перегревание. Холодовая адаптация заключается в увеличении
теплоизолирующих свойств кожи и накопления подкожного жира, а также
в фоновом повышении тканевого энергообмена за счет увеличения
количества тканевых β-адренорецепторов.
Температура окружающей среды ниже комфортной вызывает увеличение
активности холодовых периферических терморецепторов. Эта информация
повышает тонус эфферентных структур заднего гипоталамуса, в
результате чего через активацию симпатической нервной системы
повышается тонус кожных и подкожных сосудов. Уменьшение кровотока,
связанное с повышением тонуса сосудов, приводит к повышению
термоизоляции организма и сохранению теплоты за счет уменьшения
теплоотдачи. Параллельно возникновению реакции теплоконсервации
эфферентные структуры заднего гипоталамуса активируют появление
терморегуляционного тонуса и дрожи. Согревание уменьшает активность
холодовых периферических терморецепторов, вызывая уменьшение тонуса
эфферентных структур гипоталамуса. В результате происходит
уменьшение симпатических влияний на кожные и подкожные сосуды,
уменьшается адренэргическая и тиреоидная активация энергообмена.
Снижение эфферентных влияний центра терморегуляции вызывает
уменьшение мышечного тонуса.
Источник
Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды. Это постоянство температуры тела носит название изотермии. Изотермия в процессе онтогенеза развивается постепенно. У новорожденного способность поддерживать постоянство температуры тела не совершенна. В результате может наступить охлаждение или перегревание организма при таких температурах окружающей среды, которые не оказывают влияния на взрослого человека. Даже небольшая мышечная работа, связанная с длительным криком ребенка, может повысить температуру тела.
Температура органов и тканей, как и всего организма, зависит от интенсивности образования тепла и от теплопотерь. Теплообразование происходит в результате непрерывно совершающихся экзотермических реакциях. В тканях и органах, производящих активную работу (мышечная ткань, печень, почки), выделяется большее количество тепла, чем в менее активных (соединительные ткани, кости, хрящи).
Потеря тепла органами и тканями зависит от месторасположения: поверхностно расположенные органы (кожа, скелетные мышцы) отдают больше тепла и охлаждаются сильнее, чем внутренние органы, более защищенные от охлаждения. Печень, расположенная глубоко внутри тела и дающая большую теплопродукцию, имеет у человека более высокую и постоянную температуру (37,8 – 38 °С), температура кожи в большей мере зависит от окружающей среды.
О температуре тела человека судят на основании ее измерения в подмышечной впадине. Здесь температура у здорового человека равна 36,5 -36,9°С. Температура тела не остается постоянной, а колеблется в пределах 0,5 – 0,7°С. Покой и сон понижает температуру, мышечная деятельность повышает ее. Максимальная температура тела наблюдается в 4 – 6 часов вечера, минимальная – в 3 – 4 часа утра. Образование тепла идет в различных органах, особенно интенсивно в печени и мышцах. Избыток тепла удаляется из организма с выдыхаемым воздухом и через кожу. Подкожная жировая клетчатка препятствует теплоотдаче. В коже расположено очень много мелких кровеносных сосудов. При понижении температуры окружающей среды сосуды рефлекторно суживаются, к коже притекает меньше крови и теплоотдача уменьшается. При повышении температуры окружающего воздуха кровеносные сосуды кожи рефлекторно расширяются, через них протекает больше крови, что вызывает увеличение теплоотдачи. Расширение и сужение кожных сосудов можно наблюдать на себе. При высокой температуре окружающей среды кожа краснеет, а на холоде бледнеет. При интенсивной физической работе организм освобождается от избытка теплоты не только через расширившиеся сосуды кожи, но и путем испарения пота с ее поверхности. В коже человека имеется более 2 млн. потовых желез, способных выделять до 12 л пота в сутки. Это позволяет человеку существовать в среде, температура которой выше температуры его тела. При большой влажности воздуха отдача тепла путем испарения затрудняется. Понижение температуры окружающей среды увеличивает образование тепла в организме. Это достигается произвольными движениями. Другим механизмом, обеспечивающим организму увеличение теплопродукции, является дрожь. Дрожь — это не-произвольное ритмическое сокращение мышц с большой часто той. Ее можно остановить произвольными движениями (ходьбой, бегом, размахиванием руками). Теплорегуляция осуществляется рефлекторно. Образование и отдача тепла регулируются и гуморальным способом. Например, при страхе и гневе в крови увеличивается количество адреналина. Сосуды кожи суживаются, кожа лица бледнеет, усиливается теплообразование.
Роль выделительных процессов в поддержании постоянства внутренней среды организма.
Выделительные функции обеспечивают освобождение организма от продуктов обмена веществ, а также от избытка воды, органических соединений и минеральных веществ, поступающих с пищей. Иначе говоря, выделительная функция поддерживает постоянство внутренней среды организма, избавляя его от избытка органических и неорганических веществ, нарушающих гомеостаз. Выделительные функции у человека выполняют почки, потовые железы, легкие, железы желудочно-кишечного тракта.
Через почки у человека удаляется избыток воды, солей, продуктов метаболизма. Это позволяет организму поддерживать постоянство ионного состава жидких сред организма, объема крови и тканевой жидкости, осмотического давления, кислотно-основного состояния.
Железами желудочно-кишечного тракта выделяются соли тяжелых металлов, некоторые лекарственные вещества. Печень выводит продукты обмена гемоглобина, избыток гормонов (тироксин, фолликулин). Легкие удаляют пары воды, а также летучие вещества (например, продукты распада алкоголя). Потовые железы выделяют воду, соли, мочевину, молочную кислоту. Но отметим еще раз, что ведущую роль в экскреции играют почки, которые выводят продукты обмена белков и нуклеиновых кислот (мочевина, молочная кислота, креатинин и др.), избыток воды и некоторых гормонов (глюкагон, гастрин и др.), а также продукты распада обезвреженных в печени ядовитых продуктов (индола, скатола и др.). С мочой удаляется избыток солей и некоторых биологически ценных веществ (например, глюкозы). Участие почек в поддержании гомеостаза не ограничивается только выделительными процессами. Они синтезируют биологически активные вещества (ренин, брадикинин, простагландины), которые, в свою очередь, участвуют в регуляции и поддержании постоянства внутренней среды организма, т.е. почки являются типичным органом внутренней секреции. Вырабатываемый почками протеолитический фермент ренин включается в ренин-ангиотензиновую систему повышения артериального давления. Брадикинин, синтезируемый почками, напротив, способствует падению артериального давления, оказывая сосудорасширяющее воздействие на артерии и артериолы. В мозговом слое почек синтезируются простагландины — биологически активные вещества широкого спектра действия. В частности, они регулируют передачу гормональных влияний с рецепторов мембраны кпетки на внутриклеточные процессы обмена.
Почки участвуют в регуляции кроветворной функции: вырабатывая и выделяя в кровь эритрогенин, они стимулируют эритропоэз. Почки активно синтезируют глюкозу в процессе глюконеогенеза и фосфолипиды. Белки плазмы крови, прошедшие через стенки капилляров почечных клубочков, подвергаются в почках расщеплению до аминокислот. Синтезированные в почках глюкоза, фосфолипиды и продукты расщепления белков плазмы всасываются в кровь, существенно дополняя метаболический фонд организма.
Структура нефрона.
Нефрон – структурно-функциональная единица почки. Нефрон состоит из почечного тельца, где происходит фильтрация, и системы канальцев, в которых осуществляются реабсорбция (обратное всасывание) и секреция веществ. Нефроны расположены в ткани почки. В почке от 1- до 2 млн нефронов.
В нефроне различают отделы:
1) почечное тельце (двустенная капсула клубочка, внутри нее находится клубочек капилляров);
2) проксимальный извитый каналец (внутри него находится большое количество ворсинок);
3) петля Генли (нисходящая и восходящая части), нисходящая часть тонкая, опускается глубоко в мозговое вещество, где каналец изгибается на 180 и идет в корковое вещество почки, образуя восходящую часть петли нефрона. Восходящая часть включает тонкую и толстую части. Она поднимается до уровня клубочка своего же нефрона, где переходит в следующий отдел;
4) дистальный извитый каналец. Этот отдел канальца соприкасается с клубочком между приносящей и выносящей артериолами;
5) конечный отдел нефрона (короткий связывающий каналец, впадает в собирательную трубку);
6) собирательная трубка (проходит через мозговое вещество и открывается в полость почечной лоханки).
Различают следующие сегменты нефрона:
1) проксимальный (извитая часть проксимального канальца);
2) тонкий (нисходящая и тонкая восходящая части петли Генли);
3) дистальный (толстый восходящий отдел, дистальный извитый каналец и связывающий каналец).
В почке различают несколько типов нефронов:
1) поверхностные;
2) интракортикальные;
3) юкстамедуллярные.
Различия между ними заключаются в их локализации в почке.
Большое функциональное значение имеет зона почки, в которой расположен каналец. В корковом веществе находятся почечные клубочки, проксимальный и дистальные отделы канальцев, связывающие отделы. В наружной полоске мозгового вещества находятся нисходящие и толстые восходящие отделы петель нефрона, собирательные трубки. Во внутреннем мозговом веществе располагаются тонкие отделы петель нефронов и собирательные трубки. Расположение каждой из частей нефрона в почке определяет их участие в деятельности почки, в процессе мочеобразования.
Источник