Терморегуляція

Размещено на http://www.allbest.ru/

Терморегуляція

Актуальність теми заняття.

Людина постійно перебуває в процесі теплової взаємодії з навколишнім середовищем. Підтримання температури тіла людини одна із умов для підтримання нормальних фізіологічних процесів. Порушення теплового балансу може призвести до перегрівання або до переохолодження організму людини і, зрештою, до втрати працездатності, втрати свідомості та до теплової смерті.

Забезпечення температурного балансу здійснюється механізмами теплотворення (хімічною терморегуляцією, та фізичною терморегуляцією). Знання фізіологічних основ терморегуляції закладає важливі стратегічно значимі основи, необхідні при проведенні терапії чи профілактики відповідних дисфункцій у медичній практиці.

Мета роботи: Вивчити механізми регуляції температури тіла.

Задачі:

Аналізувати температуру ядра тіла гомойотермних організмів і робити висновки про механізми регуляції балансу між теплоутворенням і тепловіддачею.

Аналізувати стан терморегуляції у людини за різних умов (залежно від фізіологічного стану організму та температури й вологості навколишнього середовища) на підставі температури ядра тіла та процесів теплоутворення й тепловіддачі.

Робити висновки про стан терморегуляції у людини під час її загартування. терморегуляція температурний ядро тіло

1. Температура тіла та регуляція її сталості

Теоретичний матеріал:

Поняття про пойкілотермію та гомойотермію

Процеси, що перебігають в організмі із застосуванням енергії, закінчуються виділенням тепла. В одних випадках це побічний продукт життєдіяльності, в інших -- основний шлях перетворення енергії. Водночас існує зворотний зв'язок між температурою і біологічними процесами. Так, швидкість перебігу хімічних реакцій залежить від температури середовища згідно з правилом Вант-Гоффа--Арреніуса: при зміні температури на 10 °С інтенсивність обміну змінюється в 2--3 рази.

Зазначена закономірність пояснює високу термозалежність усіх життєвих проявів, що позначається навіть на еволюційному розвитку. Низька температура взимку, як і зниження температури вночі, сповільнювали або навіть припиняли всі процеси життєдіяльності. Так було й дотепер відбувається з пойкілотермними (холоднокровними) тваринами (від грецьк. poikilos -- мінливий). Але на певному етапі еволюції деякі тварини набули здатності зберігати постійну температуру тіла. У гомойотермних (теплокровних) істот (від грецьк. homeo -- подібний) сформувалися механізми терморегуляції, і внаслідок цього різко зріс їхній еволюційний потенціал. Пойкілотермних тварин не зовсім точно називають холоднокровними, оскільки температура їхніх органів унаслідок постійного перебігу процесів, утворення тепла все-таки вища, ніж навколишнього середовища. Посутньо правильніше стверджувати, що ці тварини не мають механізмів для підтримання сталості однієї з констант гомеостазу -- температури організму.

При зміні температури можуть розвиватися такі зрушення:

порушуються структура й функція білків;

змінюється швидкість ферментативних реакцій;

порушуються структура й функція нуклеїнових кислот;

порушуються фізико-хімічний стан і функція ліпідів (основа мембран клітини).

Зазначені зрушення призводять до зміни функцій і структур різних органів і систем. Для всіх гомойотермних тваринні межі верхньої, уже летальної, температури становлять 43--45 °С.

Температурні оболонка і ядро

Залежність інтенсивності обмінних процесів від температури призвела до того, що температура тіла більшості гомойотермних тварин наблизилася до максимуму, що потребує теплової денатурації білків, різкого підвищення плинності ліпідів у мембранах. Такою константною температурою для людини стала температура в 37 °С. Однак при вимірюванні температури окремих частин тіла людини можна виявити, що не скрізь спостерігається чітка гомойотермія. Існують осьові й поздовжні температурні градієнти. Поверхневі шари мають нижчу температуру, ніж глибокі. Кінцівки, особливо дистальні їх відділи, як правило, холодніші від тулуба. Причому температура поверхневих шарів тіла здебільшого залежить від зовнішньої температури. Наприклад, у легко одягненої дорослої людини, що знаходиться в приміщенні з температурою повітря 20 °С, температура глибоких шарів м'язів стегна становить 35 °С, литкових м'язів -- 33 °С, а в центрі стопи -- лише 27--28 °С. Температура шкіри цих відділів ще нижча. Підвищення температури довкілля призводить до збільшення температури в глибоких шарах м'язів кінцівок, що може не відрізнятися від температури внутрішніх органів. Ці бачення дають змогу умовно виділити “пойкілотермну” оболонку і “гомойотермне” ядро. Співвідношення їх мінливі, і залежно від зовнішньої температури внаслідок перехідної зони ядро може збільшуватися або зменшуватися.

Вимірювати температуру тіла людини дуже важливо, оскільки велика кількість захворювань супроводжується порушенням цього гомеостатичного параметра. Звичайно, лікаря насамперед цікавить температура ядра. Найбільш точний рівень температури ядра відображує температура в стравоході. Однак через технічні труднощі такого визначення тут її вимірюють лише з науковою метою. Добрі результати дає вимірювання температури в ротовій порожнині під язиком, а також у прямій кишці. Менш точно відповідає температурі ядра температура пахвової западини. Вона майже на 0,5 °С нижча, та й установлюється поступово, після кількох хвилин суворої ізоляції пахвової западини щільним притисненням плеча.

Протягом доби температура тіла може відрізнятися від середнього рівня: до 4-ї години вона знижується, а до 17-ї -- піднімається. Розмах коливань може досягати 1 °С. Температура тіла жінок змінюється через ритм гормональної активності -- менструальний цикл. У першій половині циклу вона приблизно на 0,5 °С нижча, ніж у другій (постовуляційній). Температура тіла може змінюватися і залежно від вживання їжі, а також інтенсивності виконання м'язової роботи. Так, у спортсмена після двогодинного інтенсивного бігу (після подолання марафонської дистанції) температура ядра може збільшуватися до 40--41 °С.

Механізми терморегуляції

Головна умова підтримання постійної температури тіла -- досягнення стійкої рівноваги між теплопродукуванням і тепловіддачею. Регуляція температури й полягає в узгодженні процесів утворення і виділення тепла.В

В усіх органах унаслідок обмінних процесів відбувається теплопродукування (його називають хімічною терморегуляцією). Тому кров, що відтікає від органів, як правило, має вищу температуру, ніж та, що притікає. Зміна активності обмінних процесів, інтенсивності м'язових локомоцій належить до основних механізмів зміни теплопродукування. Найпотужніше джерело теплопродукування -- м'язи, що скорочуються. Серед різних локомоцій необхідно виділити особливу їх форму -- тремтіння. При тремтінні скорочення м'язових волокон повністю спрямовані на збільшення теплотворення, тоді як при звичайних локомоціях частина енергії витрачається на переміщення відповідної кінцівки й частина -- на термогенез.

Тепловіддача відбувається кількома шляхами.

Проведення тепла відбувається при безпосередньому контакті тіла з щільним субстратом. При цьому швидкість перенесення тепла від більше нагрітого тіла до менше нагрітого предмета визначається температурним градієнтом і їхньою теплопровідністю. Частково шляхом проведення тепло передається від внутрішніх органів до поверхні тіла. Але цей процес утруднюється низькою теплопровідністю жиру.

Подібний до проведення тепла конвекційний шлях. Дотичне до поверхні тіла повітря за наявності градієнта температур нагрівається. Нагріте повітря легшає і, піднімаючись, вивільнює місце новим порціям повітря і тим самим забирає частину тепла. Інтенсивність природної конвекції може збільшуватись від додаткових рухів повітря або зменшуватись від відповідного одягу, що заважає йому надходити до тіла.

Тепло від тіла може відводитися і за допомогою довгохвильового інфрачервоного випромінювання. Це також потребує градієнта температур, наприклад, між теплою шкірою і холодними стінами.

При кімнатній температурі в роздягненої людини близько 60 % тепла віддається за рахунок радіації, близько 12--15 % -- конвекції повітря і 2--5 % шляхом проведення.

Випарювання поту. При кімнатній температурі в оголеної людини близько 20 % тепла віддається за рахунок випарювання поту.

Теплопроведення, конвекція і випромінювання -- пасивні шляхи тепловіддачі, що ґрунтуються на фізичних законах. Вони ефективні лише при збереженні позитивного температурного градієнта. Що менша різниця температури між тілом і довкіллям, то менше тепла віддається. При рівнозначності або при вищій температурі довкілля відбувається зворотне -- нагрівання тіла. У цих умовах організм має лише один механізм віддачі тепла, пов'язаний із процесами потовиділення і потовипарювання. При цьому застосовуються як фізичні закономірності, зумовлені необхідністю витрачання енергії на процес випарювання, так і біологічні -- потовиділення. Охолодженню шкіри сприяє те, що для випарювання 1 мл поту витрачається 0,58 ккал. Якщо випарювання поту не відбувається, ефективність тепловіддачі pізко знижується, оскільки внаслідок одного лише виділення поту тепла віддається набагато менше.

Швидкість випарювання поту залежить від градієнта температур і насиченості парою води навколишнього повітря. Що вища вологість, то менш ефективний і цей шлях тепловіддачі. Різко знижується застосування цього шляху тепловіддачі в разі знаходження у воді або носіння щільного одягу, унаслідок чого організм вимушений компенсувати відсутність випарювання поту його значним виділенням.

Система терморегуляції

У процесі еволюції людина набула здатність жити в досить широких межах коливань зовнішньої температури, зберігаючи сталість температури ядра. Можна виділити механізми, що забезпечують короткочасну і довгострокову адаптацію до мінливої зовнішньої температури. Короткочасна адаптація забезпечує пристосування до швидкої зміни температури. Вона містить низку механізмів, що “включаються” поетапно. Спочатку застосовуються менш енергоємні механізми, але якщо їх недостатньо для збереження постійної температури ядра, підключаються більш складні.

Будуючи житло, надягаючи відповідний одяг, людина застосовує поведінкові механізми регуляції теплообміну. До таких механізмів належить і зміна площі вільної поверхні тіла: “згортання калачиком” зменшує тепловіддачу, а вирівнювання -- збільшує. Цьому також сприяє тінь або, навпаки, сонце, дотик до холодного або гарячого предмета, виконання м'язових рухів або нерухомість. Більшість поведінкових реакцій -- це умовно рефлекторні усвідомлені акти.

Для терморегуляції організм застосовує і широку гаму БР соматичної і ВНС, можливості гуморальної регуляції. Так, зміна активності обміну речовин знаходиться під регулювальним впливом гормонів і вегетативних нервів. Симпатичні нерви прискорюють процеси обміну речовин. Аналогічну функцію виконують катехоламіни надниркових залоз і тироїдні гормони.

Взаємодія ВНС із соматичною забезпечує залучення в процес утворення тепла найпотужнішого органа -- скелетних м'язів. Можна виділити три типи м'язових скорочень, які сприяють підвищенню теплотворення: теплорегуляційний тонус, тремтіння і довільні скорочення. Теплорегуляційний тонус полягає в тому, що в деяких м'язах (шия, тулуб, згиначі кінцівок) починаються асинхронні скорочення окремих РО. У результаті створюється враження тонічного напруження зазначених м'язів. А вони забезпечують позу “згорнутися калачиком”. З одного боку, скорочення м'язів сприяє утворенню в них тепла, а з іншого, -- відповідна поза зменшує поверхню тепловіддачі. Тремтіння з'являється при подальшому зниженні зовнішньої температури. Сутність мимовільних тремтливих скорочень полягає в різкому підвищенні процесу теплотворення, оскільки в такому разі вся енергія м'язового скорочення перетворюється не на механічне пересування, а на тепло. Якщо й цих форм теплотворення недостатньо, підключаються довільні (усвідомлені) рухи.

Провідну роль у зміні процесів тепловіддачі відіграє перерозподіл кровотоку. Звуження судин шкіри й підшкірної жирової клітковини, закриття артеріовенозних анастомозів сприяють меншому припливу тепла й збереженню його в організмі. На противагу цього при розширенні судин можливості для ефективнішого прояву фізичних способів тепловіддачі збільшуються. Так, у цьому разі температура шкіри може зростати на 7--8 °С.

Тонус судин контролюють гормони й вегетативні нерви.

Симпатичні нерви регулюють також і пpоцес потовиділення. Медіатор цих нервів -- АХ. Кожний із зазначених механізмів застосовується по-різному, залежно від конкретних умов. Так, при адаптаційних перебудовах, що поступово розвиваються (наприклад сезонна осіння і весняна акліматизація) застосовуються переважно гормональні механізми. Навпаки, потреба швидкої адаптації включає нервово-рефлекторні ефекторні шляхи. Ефекторні механізми терморегуляції підключаються через спеціальний центр терморегуляції, що міститься в гіпоталамусі. У свою чергу його включення зумовлено взаємодією центральних механізмів і надходженням імпульсації.

Терморецептори

Температуру тіла контролюють терморецептори. За місцем розташування їх підрозділяють на периферичні й центральні. Розміщені в шкірі пеpифеpичні pецептоpи мають два типи рецепторів -- теплові й холодові.

Центральні рецептори містяться у гіпоталамусі переважно в передній преоптичній ділянці. Ці клітини здатні розрізняти різницю температури крові, що тече через мозок, у 0,011 °С. Деяка кількість термочутливих клітин знаходиться у шийно-грудному відділі спинного мозку, м'язах, абдомінальній ділянці. Ці рецептори відіграють основну роль у регуляції теплообміну, оскільки контролюють температуру ядра.

Між центральними й периферичними терморецепторними імпульсами ймовірні реципрокні взаємодії, що забезпечуються структурами центра терморегуляції. Так, в умовах активації шкірних холодових рецепторів судини звужуються, і утворення тепла посилюється. Однак процес підвищення теплотворення при цьому не настільки інтенсивний, щоб зумовити зростання температури ядра. Цьому перешкоджають внутрішні теплові рецептори. Навпаки, підвищення температури тіла під час фізичної роботи, збуджуючи внутрішні теплові рецептори, запускає процеси усунення надлишку тепла за рахунок розширення судин, потовиділення. Надмірному прояву цих реакцій можуть перешкоджати холодові рецептори шкіри, особливо якщо приєднується вплив низької температури зовнішнього середовища.

Частота виникнення нервових імпульсів у рецепторах залежить від діючої температури. Холодові й теплові рецептори мають деяку спонтанну активність. На цю активність накладається відповідний температурний подразник. Так, у волокнах, що йдуть від теплових рецепторів, імпульсація виникає під дією температури в діапазоні від 20 до 40 °С, а макcимальна активність -- від 38 °С і вище. Відчуття печіння від дотику до занадто гарячого предмета виникає під дією температури понад 45 °С, при цьому подразнюються спеціалізовані рецептори (рецептори печіння), які є різновидом больових рецепторів. Волокна холодових рецепторів активні в діапазоні 10--40 °С, але частота імпульсації в них найбільша при температурі 34--20 °С. Раптове підвищення або зниження температури призводить до короткочасного різкого збільшення частоти розрядів у відповідних рецепторах з подальшим поступовим зниженням до рівня, характерного для цієї температури.

Таким чином, при температурі шкіри в діапазоні 34--38 °С імпульсація в рецепторах обох типів мінімальна. Це створює відчуття температурного комфорту. Приблизно за такою самою схемою функціонуть і центральні терморецептори. Але для них “температурне вікно” -- уже в межах 37--37,5 °С.

Центр терморегуляції

У передніх відділах гіпоталамуса розміщено нейрони центра терморегуляції, через які контролюється процес тепловіддачі. Основний центр, пов'язаний з ефекторами, -- задній відділ гіпоталамуса. Ці нейрони через симпатичні нерви впливають на кровоносні судини, потові залози, метаболізм. Передній відділ гіпоталамуса (медіальна преоптична ділянка) належить до аферентного відділу системи терморегуляції. Вони отримують сигнали від периферичних терморецепторів і порівнюють їх з рівнем активності центральних терморецепторів і “заданого значення” температури. Зазначений центр гіпоталамуса ніби налаштований на таке значення температури тіла. Воно визначається такою сумарною температурою тіла, за якої механізми тепловіддачі й теплотворення перебувають на рівні своєї мінімальної активності. При цьому не включаються додаткові механізми, що забезпечують отримання або виділення надлишку тепла. Теплові й холодові рецептори перебувають у найменшому стані збудження. Це -- умова температурного комфорту. Для створення відчуття температурного комфорту дорослої людини в легкому одязі у спокійному положенні сидячи необхідні: однакова температура стін і повітря, на pівні 25--26 °С, і 50 % вологості. Будь-яка зміна зазначених умов зумовить подразнення відповідних рецепторів і включення механізмів терморегуляції. Якщо ці умови далекі від норми, виникає ще й емоційне забарвлення такого стану -- відчуття дискомфорту.

При зниженні температури середовища нижче від комфортної інформація від холодових рецепторів надходить у передній відділ гіпоталамуса. Звідси сигнали передаються в задній відділ, що за допомогою симпатичних нервів підвищує тонус шкірних і підшкірних кровоносних судин. Звуження судин, знижуючи шкірний кровотік, забезпечує збереження тепла. Якщо цього замало, підключаються нові механізми терморегуляції. Структури заднього відділу гіпоталамуса активують також і систему регуляції м'язового тонусу (теплорегуляційний тонус, тремтіння).

При підвищенні температури відбувається зниження імпульсації периферичних холодових рецепторів і зменшення тонусу еферентних структур гіпоталамуса. Зниження симпатичного судинозвужувального впливу сприяє розширенню шкірних судин (посилюється тепловіддача). При різкому підвищенні зовнішньої температури або енергоутворення активуються особливі структури симпатичної нервової системи, що стимулюють утворення поту через холінергічні нервові волокна. При цьому пригнічується активність скелетних м'язів.

Слід зауважити, що включення таких механізмів як потовиділення або м'язове тремтіння відбувається у тому разі, якщо інші шляхи підтримання постійної температури ядра виявляються недостатньо ефективними. Але поява потовиділення і м'язового тремтіння супроводжується виникненням відчуття температурного дискомфорту.

Міжнейронні взаємодії в теплорегуляційному центрі гіпоталамуса можна представити в такий спосіб (рис. 210).

Чутливість теплорегулювальних зон гіпоталамуса може змінюватися під впливом низки факторів крові. Такими факторами є Са2+ і Na+, глюкоза, осмотичний тиск. Підвищення рівня одного з найбільш біологічно активних іонів -- Са2+ -- модифікує чутливість центральних механізмів як безпосередньо до температури, так і до нейромедіаторів. У pезультаті активніше включаються механізми тепловіддачі. Це найпомітніше під час фізичного навантаження. Ріст осмомолярності крові підвищує поріг температурної чутливості й знижує потовиділення.

Взаємодія терморегуляції з іншими системами організму

У зв'язку з тим, що для підтримання нормальної температури ядра система терморегуляції задіює інші системи організму, при її інтенсифікації можуть порушуватися більшість гомеостатичних параметрів. Причиною цього можуть бути як механізми регуляції температурного режиму, так і самі органи й системи, зміна функцій яких застосовується для збереження постійної температури ядра.

Прикладами перших з них можуть бути катехоламіни й тироксин, під впливом яких не лише змінюється активність процесів теплопродукування, але “попутно” змінюється стан серцево-судинної й іншої систем організму, а також активність усіх його метаболічних процесів.

Під дією високих температур різке розширення судин поверхні тіла внаслідок перерозподілу кровотоку може призвести до падіння системного АТ і навіть до розвитку колаптоїдного стану. Різке посилення потовиділення може спричинювати порушення водного й електролітного режиму організму. Розвивається відчуття спраги й зменшується діурез. І тут у конкуренцію вступають дві системи регуляції гомеостазу, які розташовуються в єдиних нервових центрах медіальної преоптичної ділянки гіпоталамуса. Але якщо більш важливий водно-електролітний баланс крові не вдається компенсувати, система його регуляції ніби забороняє подальше застосування цих механізмів для терморегуляції. З розвитком гіпогідратації і ростом осмотичного тиску віддача тепла внаслідок потовиділення зменшується, і температура тіла починає підвищуватися.

Наочно сполученість процесів терморегуляції і водно-електролітного режиму крові можна простежити під час дії на організм низької температури: зменшується споживання води, посилюється діурез і зростає осмомолярність плазми крові. Дегідратація зумовлює гальмування теплочутливих нейронів гіпоталамуса і, врешті, до зниження тепловіддачі.

Участь системи дихання в механізмах терморегуляції, коли на організм діє висока або дуже низька температура, може привести до зміни буферних систем крові. Задишка під дією високої температури спричинить виділення надмірної кількості вуглекислого газу й розвиток дихального алкалозу. При підвищенні температури тіла через погіршення доставляння кисню до тканин у них розвивається метаболічний ацидоз. Відбувається зміна лужної реакції крові на кислу. Це може позитивно відбитися як на системі терморегуляції, так і на транспортуванні кисню. Стимуляція дихального центра надлишком Н+ призводить до збільшення випарювання вологи через дихальні шляхи, зниження РСО2 і підвищення РО2.

Размещено на Allbest.ru