Фізіологія терморегуляції

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Білоруський державний університет
кафедра фізіології людини і тварин
РЕФЕРАТ
На тему:
«Фізіологія терморегуляції»
МІНСЬК, 2008

За здатністю підтримувати постійну температуру тіла тварини діляться на пойкілотермних, гомойотермних і гетеротермних.
Пойкілотермних організми (від грец. Poikilos - мінливий) не здатні підтримувати температуру тіла на постійному рівні, так як вони виробляють мало тепла і мають недосконалі механізми його збереження.
Гомойотермних організми (від грец. Homeo - подібний, однаковий), до яких відноситься і людина, виробляють багато тепла, відрізняються відносною сталістю температури тіла, незначно змінюється протягом доби.
Гетеротермние організми (від грец. Heteros - інший) відрізняються тим, що коливання температури їх тіла перевищують межі, властиві гомойотермним тваринам. Це характерно для ранніх етапів онтогенезу, зимової сплячки деяких гомойотермних тварин, а також для ссавців і птахів з дуже малими розмірами тіла.
Температурний чинник визначає швидкість протікання ферментативних процесів, всмоктування, проведення збудження і м'язового скорочення.
Відомо, що в поверхневих і глибоких ділянках тіла людини температура різна. Внутрішні області тіла, які становлять приблизно 50% його маси, названі «ядром». Сюди відносять мозок, серце, печінка та інші внутрішні органи. Температура «ядра» варіюють незначно, складаючи величину порядку 36,7-37 ° С. Разом з тим у різних ділянках «ядра» показники температури можуть декілька.
Для клінічних цілей оцінка температури «ядра» проводиться у певних, легко доступних ділянках тіла, температура яких практично не відрізняється від температури внутрішніх органів. Такими доступними ділянками є пряма кишка, порожнину рота, пахвова западина. Відомо, що оральна (під'язикова) температура зазвичай нижче ректальної на 0,2-0,5 ° С, аксилярний (в області пахвової ямки) нижче на 0,5-0,8 ° С. При щільному притисненні руки до грудної клітки межа внутрішнього шару «ядра» майже доходить до пахвової западини, однак для досягнення цього має пройти близько 10 хв. Аксилярний температура здорової людини дорівнює 36,0 - 36,9 ° С.
Температура поверхневого шару тіла товщиною 2,5 см , Званого «оболонкою» тіла, варіює в різних областях тіла при різній температурі навколишнього середовища. При комфортної навколишнього температурі середня температура шкіри голої людини становить 33-34 ° С. При цьому температура шкіри стопи значно нижче температури проксимальних ділянок нижніх кінцівок і в ще більшому ступені - тулуба та голови. Температура шкіри в ділянці стопи в комфортних умовах може бути рівна 24-28 ° С, а при змінах зовнішньої температури - 13-53 ° С, що визначається двома факторами - температурою зовнішнього середовища та кровопостачанням шкіри стопи.
У більшості ссавців температура тіла відповідає діапазону 36-39 ° С, незважаючи на широкі варіації розмірів тіла у різних тварин. Інтенсивність метаболізму (теплопродукції) визначається як масою тіла, так і величиною віддачі тепла з поверхні тіла. Відповідно до цього теплопродукція на 1 кг маси повинна бути вище у тварин з невеликими розмірами тіла і з більшим, ніж у крупних тварин, відношенням площі поверхні до величини маси тіла.
Температура тіла визначається співвідношенням двох процесів - теплопродукції і тепловіддачі. Коли вони не відповідають один одному і виникає загроза змін температури тіла, процеси регуляції у складі функціональної системи терморегуляції адаптивно міняють теплопродукцию (хімічна терморегуляція) і тепловіддачу (фізична терморегуляція). Тим самим забезпечується відносна стабільність температурної константи внутрішнього середовища організму, що було названо К. Бернаром основою «вільної, незалежної життя». Справді, температура тіла голої людини може залишатися стабільною протягом декількох хвилин при змінах температури навколишнього середовища в межах 21-53 ° С.
Під хімічної терморегуляцією розуміють зміни інтенсивності метаболічних екзотермічних реакцій, в ході яких утворюється тепло. При дії на організм людини холоду утворення тепла може підвищитися в 3-5 разів.
Розрізняють скорочувальну та несократітельную теплопродукцию.
Скорочувальна теплопродукція пов'язана з довільними і мимовільними скороченнями скелетних м'язів.
Довільні скорочення можуть призвести до багаторазового збільшення теплоутворення, при цьому підвищуються і тепловтрати за рахунок посилення віддачі тепла конвекцією.
Одним з видів мимовільної теплопродукції є тремтіння - специфічний тип м'язового скорочення, що виникає у людини при значному зниженні температури зовнішнього середовища організму і підвищує утворення тепла в кілька разів. На відміну від теплоутворення при довільних м'язових скороченнях теплоутворення при тремтіння є економним способом теплопродукції, так як особливий тип скорочувальної активності високопорогова рухових одиниць при тремтіння забезпечує перехід в теплову енергію майже всієї енергії м'язового скорочення.
Іншим видом мимовільної теплопродукції є терморегуляторний тонічні скорочення (терморегуляторний тонус), що розвиваються в області м'язів спини, шиї і в деяких інших областях. Теплопродукция при цьому зростає приблизно на 40-50%. Терморегуляторний тонічні скорочення скелетних м'язів починаються при зниженні температури зовнішнього середовища приблизно на 2 ° С щодо рівня комфорту. Такі скорочення мають характер зубчастого тетануса, близького до режиму одиночних скорочень. Терморегуляторний тонус є більш тонким засобом підвищення теплопродукції, ніж два попередні.
Несократітельний термогенез також є механізмом хімічної терморегуляції, значно вираженим в адаптованому до холоду організмі. Частка такого механізму в забезпеченні приросту теплопродукції на холоді може становити 50-70%. Розвивається це явище в різних тканинах. Специфічним субстратом такий теплопродукції вважається бура жирова тканина, після видалення якої стійкість організму до холоду істотно знижується. Маса бурої жирової тканини, зазвичай складова 1 - 2% маси тіла, при адаптації до холоду може збільшуватися до 5% маси тіла. Рівень енергетичного обміну даної тканини, виражений на одиницю маси, більш ніж втричі перевищує рівень працюючих м'язів; швидкість окислення жирних кислот у бурої жирової тканини в 20 разів перевищує цю швидкість в білій жировій тканині.
Терморегуляторная роль бурої жирової тканини повністю неясна. Припускають, що вона є багатим джерелом вільних жирних кислот - субстрату окислювальних реакцій, швидкість яких при дії холоду зростає. У самій бурої жирової тканини при дії холоду ростуть кровотік і рівень обміну речовин, збільшується температура, незважаючи на зниження температури шкіри над цією тканиною. Звідси виникла популярна в даний час гіпотеза про калориферної ролі бурої жирової тканини: при дії холоду вона обігріває прилеглі великі судини, що направляють кров до головного мозку. У дорослої людини ця тканина локалізована в області шиї, в міжлопатковій області, в середостінні близько аорти, великих вен і симпатичної ланцюжка. У зимову пору року у людей, що працюють поза приміщенням, бура жирова тканина гіпертрофована і більш активна, ніж у літній час.
Тепловіддача здійснюється за допомогою внутрішнього і зовнішнього потоків тепла. Більше половини внутрішнього потоку від джерел утворення тепла до поверхні тіла забезпечується шляхом конвекції кров'ю, решта тепло проводиться через інші тканини. При цьому теплопровідність тканини залежить від його товщини і кількості жирової клітковини, а також від рівня кровотоку в цьому шарі.
Роль кровотоку пов'язана з тим, що він може значно варіювати за рахунок змін просвіту судин, зокрема стану артеріоло-венулярного анастомозів.
Кровопостачання поверхневих ділянок тіла відіграє дуже важливу терморегуляторную роль, забезпечуючи зовнішній потік тепла. «Гра» судин шкіри пальців може міняти кровотік в ній в 100 разів. При повній вазодилатації тепловіддача може збільшитися у 8 разів у порівнянні з рівнем повної вазоконстрикції.
Теплопровідність тканин, крім того, визначається характером використання противоточной системи судин, яка є, наприклад, в кінцівках. Так, в умовах холоду венозна кров відтікає в основному не по поверхневих венах, як це буває в теплі, а по глибоких венах. У результаті венозна кров зігрівається кров'ю паралельно проходять поруч артерій і не охолоджується в тій мірі, як це буває при поверхневому потоці крові.
Однак значне зниження кровотоку в поверхневих шарах тіла при дії холоду може призводити до порушення кровопостачання цих тканин і відмороження ..
Зовнішній потік тепла забезпечується шляхом його проведення, конвекції, випромінювання та випаровування.
1. Якщо шкіра тепліше навколишнього повітря, відбувається природна конвекція, тобто переміщення нагрівається шкірою шару повітря вгору і його заміщення більш холодним повітрям. Форсована конвекція, що має місце при рухах тіла або повітря, значно підвищує інтенсивність тепловіддачі.
2. При зануренні людини у воду, температура якої нижче нейтральної (для більшості людей ця температура води дорівнює 31-36 ° С), може в 2-4 рази підвищитися зовнішній потік тепла за рахунок проведення, оскільки теплопровідність води в 25 разів перевищує теплопровідність повітря. Основним механізмом віддачі тепла тілом людини у воді є, однак, конвекція. За рахунок неї охолоджуючу дію проточної води в 50-100 разів перевищує вплив повітря. Якщо температура води близька до нуля («крижана вода»), то тіло людини охолоджується зі швидкістю 6 ° С на годину, а через 1 - 3 год може наступити смерть.
Плавання у воді, температура якої нижче рівня комфорту, значно підвищує віддачу тепла конвекцією. Збільшення вмісту в організмі жиру може обмежити такий ефект.
3. Тепловіддача випромінюванням забезпечується інфрачервоними променями з довжиною хвилі 5-20 мкм. Ці промені випускаються шкірою при наявності на деякій відстані від неї предметів з більш низькою температурою. Оголений людина може втрачати таким шляхом до 60% тепла.
4. Близько 20% тепловіддачі тіла людини в умовах комфортної температури середовища здійснюється за рахунок випаровування. Цей шлях є єдиним способом віддачі тепла в навколишнє середовище, якщо її температура виявляється рівною температурі тіла. Шляхом випаровування 1 л води людина може віддати третину всього тепла, що виробляється в умовах спокою протягом доби. Підвищення швидкості потовиділення є одним з основних механізмів адаптації до жаркого клімату.
Існує два варіанти випаровування води з поверхні тіла: 1) випаровування поту в результаті його виділення, 2) випаровування води, що опинилася на поверхні шляхом дифузії, - «невідчутні» втрати води. Останній механізм забезпечує втрати води (до 600 мл на добу) і тепла, наприклад, через слизові оболонки повітроносних шляхів. Значний внесок у забезпечення адаптивних механізмів зміни тепловіддачі вносить поведінковий компонент функціональної системи терморегуляції. В умовах холоду поведінкова регуляція може бути досить ефективною, істотно обмежуючи контакт організму з зовнішнім середовищем. Одяг людини приблизно вдвічі зменшує втрати тепла в порівнянні з тепловіддачею оголеного тіла, одяг «арктичного типу» може зменшувати віддачу тепла в 5-6 разів.
Зона температурного комфорту людини залежить від характеру зовнішнього середовища, що визначається її видом, температурою, вологістю (якщо цим середовищем є повітря), швидкістю руху, наявністю предметів з іншою температурою в порівнянні з температурою тіла. У певних умовах розвивається стан температурного комфорту, при цьому активність механізмів терморегуляції виявляється мінімальною. Зона комфорту (термонейтральная зона) при вологості повітря близько 50% і рівність температур повітря і стін приміщення для легко вдягнену людину, що знаходиться в положенні сидячи, відповідає температурі 25-26 ° С. Для голої людини температура комфорту в цих умовах зміщується до 28 ° С.
Регуляція температури тіла.
Периферичні терморецептори, утворені вільними закінченнями тонких сенсорних волокон типу А (дельта) і С, локалізовані в шкірі і внутрішніх органах. Існують і центральні, локалізовані в гіпоталамусі, терморецептори.
Шкірні терморецептори реалізують передачу в центри терморегуляції сигналів про зміни температури середовища, а також забезпечують формування температурних відчуттів. Число холодових рецепторів шкіри у багато разів перевищує число теплових рецепторів. У внутрішніх органах і тканинах також переважають холодові рецептори.
У спинному і середньому мозку, а також у гіпоталамусі (найбільше у його медіальної преоптіческой області) знайдено центральні терморецептори, звані також термосенсора. Це нейрони, які можуть збуджуватися при їх безпосередньому охолодженні, нагріванні на 0, 1 о С або більше і в результаті змінювати інтенсивність як теплопродукції, так і тепловіддачі організму в цілому. Наприклад, при нагріванні преоптіческой області гіпоталамуса негайно збільшується потовиділення, розширюються судини шкіри, при цьому теплопродукція зменшується. Почастішання розрядів теплових нейронів передує підвищенню частоти дихання, при якому також зростає тепловіддача. З заднім гіпоталамусом у свою чергу пов'язані термочутливі структури середнього та спинного мозку. Таким чином, центральні апарати функціональної системи терморегуляції мають велике число вхідних каналів.
Центр терморегуляції. Провідну роль у терморегуляції грають структури гіпоталамуса, що було доведено методом перерезок мозку. Так, у кішки перерезка ростральної гіпоталамуса не призводить до суттєвих змін терморегуляції, але після порушення зв'язків гіпоталамуса з середнім мозком тварини практично втрачають здатність змінювати теплопродукцию і тепловіддачу при температурному роздратований.
Передбачається наявність у гіпоталамусі трьох видів терморегуляторних нейронів:
1) аферентних нейронів, що приймають сигнали від периферичних і центральних терморецепторів;
2) вставних, або інтернейронов;
3) еферентних нейронів, аксони яких контролюють активність ефекторів системи терморегуляції.
Від периферичних терморецепторів інформація надходить в передній гіпоталамус - його медіальну преоптичного область. Тут відбувається порівняння отриманих з периферії сигналів з активністю центральних термосенсорів, що відображають температурний стан мозку.
На основі інтеграції інформації цих двох джерел задній гіпоталамус забезпечує вироблення сигналів, керуючих процесами теплопродукції і тепловіддачі. Саме тут виявлено нейрони, активність яких залежить від локального теплового роздратування як преоптіческой області гіпоталамуса, так і нейронів шийно-грудного-го відділу спинного мозку.
Вищі структури головного мозку, зокрема нова кора, також беруть участь у терморегуляції. Доведена роль условнорефлекторного механізму в організації випереджальних вегетативних і поведінкових реакцій, спрямованих на підтримання оптимальної величини температурної константи організму випередження. У розвитку індивідуальної стійкості до холоду важливу роль може грати імпринтинг - рання форма пам'яті.
Еферентні шляху терморегуляції. Система терморегуляції є класичним прикладом функціональної системи, оскільки не має підкреслено вираженого власного виконавчого (ефекторні) компонента. Регуляція теплопродукції здійснюється соматичної нервової системою, яка запускає скоротливі терморегуляторний реакції, і симпатичної нервової системою, що активує несократітельную теплопродукцию. При фармакологічної блокаді бета-адрено-рецепторів участь недрожательного механізму теплопродукції виключається. Норадреналін, звільняється симпатичними нервовими закінченнями, стимулює виділення з бурої жирової тканини вільних жирних кислот і наступне включення їх в метаболічні реакції. Виділення катехоламінів з надниркових залоз викликає ті ж ефекти. У результаті посилюється неузгодженість процесів окислення і фосфорилювання, підвищується виділення первинного тепла.
Участь гуморальних механізмів терморегуляції особливо значно при адаптації до повторних змін температури середовища. Роль щитовидної залози в адаптації до холоду людини точно не з'ясована. У тварин підвищення секреції тироксину розвивається при дії холоду протягом декількох тижнів, при цьому на 20-40% збільшується маса залози. Підвищення секреції тироксину призводить до активації клітинного метаболізму. Людина рідко піддається такому охолодженню. Проте в деяких роботах показано, що у солдатів, які несуть службу в арктичних районах тривалий час, а також у ескімосів спостерігається підвищення основного обміну. Можливо, стимулюючу дію холоду на щитовидну залозу є однією з причин підвищення частоти розвитку у жителів холодних районів токсичного тиреоїдного зоба.
Регулювання тепловіддачі пов'язана з активністю норадренергічну симпатичних нейронів, порушення яких може призводити до зниження просвіту кровоносних судин шкіри, і холінергічних симпатичних нейронів, що збуджують потові залози. Розширенню кровоносних судин шкіри в умовах спеки може сприяти виділення з потових залоз брадикініну. Є дані про участь кінінів у формуванні холодової вазодилатації.
При значному психічному напрузі звуження кровоносних судин шкіри кистей і стоп може супроводжуватися виділенням в цих ділянках поту. Таке парадоксальне з точки зору терморегуляції явище можна назвати емоційним потовиділенням; воно не є адаптивним і обумовлено надмірною активацією симпатичної нервової системи.
При відхиленні середньої інтегральної температури тіла на невелику величину змінюється лише тепловіддача за рахунок судинних реакцій оболонки. Якщо відхилення температури зберігаються, то розвиваються поведінкові пристосувальні реакції, а при високій зовнішній температурі також підвищується потовиділення. При низькій же температурі зовнішнього середовища з'являється далі м'язова реакція: спочатку підвищується тонус, а при зниженні внутрішньої температури з'являється тремтіння.
Регульованим параметром в системі виступає температура внутрішнього середовища організму. Для деякого стійкого стану функціональної системи регульована температура - це сумарна температура "ядра" тіла, при якій не включаються ні механізми виділення надлишків тепла, ні механізми, що забезпечують захист організму від холоду
При тенденції зниження температури «ядра» тіла (температура циркулюючої крові) відбувається активація холодових гіпоталамічних терморецепторів. Крім гіпоталамічних термочутливих нейронів (холодові термосенсори), відбувається активація холодових судинних і органних терморецепторів. Їх імпульсація викликає додаткову активацію нейронного апарату гіпоталамічного центру хімічної терморегуляції. У результаті підвищення активності цього центру посилюється робота периферичних апаратів хімічної терморегуляції - апаратів виробництва тепла в організмі. Нейрофізіологічна активність центру фізичної терморегуляції, а також периферичних апаратів тепловіддачі в цій ситуації знижується. Тим самим позначилася тенденція зменшення температури внутрішнього середовища організму блокується.
При підвищенні температури внутрішнього середовища організму розігруються процеси протилежного плану - активуються гіпоталамічні теплові терморецептори, теплові рецептори судин, внутрішніх органів. При цьому активуються центральні і периферичні механізми фізичної терморегуляції. Процес «скидання» тепла посилюється, продукція тепла в організмі гальмується.
Аналогічні механізми терморегуляції запускаються при температурних впливах на шкірні терморецептори, що реагують на зміну температури зовнішнього середовища організму. При дії на терморецептори шкіри низької температури за рахунок аферентної імпульсації відбувається порушення центру, контролює виробництво тепла, - центру хімічної терморегуляції. Це призводить до активації периферичних механізмів виробництва тепла в організмі, механізми «скидання» тепла гальмуються. При підвищенні температури навколишнього середовища відбувається збудження теплових рецепторів, робота апаратів «скидання» тепла посилюється, продукція тепла в організмі гальмується. Наявність шкірних терморецепторів дозволяє функціональної системі більш тонко організувати процес стабілізації регульованої константи на оптимальному рівні.
Гіпертермія - підвищення температури ядра тіла вище 37 ° С. Вона виникає в результаті тривалої дії високої температури зовнішнього середовища, щодо недостатньої тепловіддачі організму і надлишкової теплопродукції.
Незважаючи на те, що протягом коротких періодів часу людина може витримувати температуру тіла на рівні 43 ° С, граничної для його виживання протягом більш тривалого періоду часу є температура 42 ° С. Проте вже при температурі 40-41 ° С розвиваються важкі ураження мозку - набряк тканини мозку, загибель нейронів.
Гіпотермія - зниження температури ядра тіла до 35 ° С і більше. Вона може бути результатом тривалого перебування організму в середовищі з низькою температурою. На початковій стадії охолодження організму процеси терморегуляції значно активізуються, однак якщо воно триває, температура тіла починає знижуватися, при досягненні нею 31 ° С відбувається втрата свідомості, а при температурі 24-28 ° С зазвичай настає смерть.

ЛІТЕРАТУРА
1) Мак-Мюрей В. Обмін речовин у людини. М., 1980.
2) Загальний курс фізіології людини і тварин / під ред А. Д. Ноздрачова. М., 1991. кн.
3) Основи фізіології / під ред. П. Стеркі. М., 1984.
4) Слонім А. Д. Еволюція терморегуляції. Спб., 2005.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
43.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Фізіологія дихання енергетичного обміну терморегуляції
Роль терморегуляції в загартуванні організму дитини
Література - Патофізіологія патофізіологія терморегуляції
Фізіологія
Фізіологія 2
Фізіологія молокоутворення
Фізіологія дихання
Фізіологія сну
Фізіологія болю
© Усі права захищені
написати до нас