Температурное ядро и оболочка человека. Температура тела человека, ее регуляция Д

Изотермия и терморегуляция.

Для нормальной жизнедеятельности и функционирования внутренних систем организма температура внутренней среды должна оставаться на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды. Это постоянство температуры тела носит название изотермии.

Данное постоянство температуры поддерживается специальным процессом - терморегуляцией.

Несмотря на постоянство температуры внутренней среды организма, температура тела человека может быть различна. В организме различают условные две половины: наружную – «оболочку» и внутреннюю – «ядро».

«Ядро» включает в себя спинной и головной мозг, органы грудной и брюшной полости и малого таза. Их температура практически всегда постоянна и в малой степени зависит от температуры внешней среды.

«Оболочка» включает органы и ткани, расположенные на периферии тела. К ним относятся кожа и скелетная мускулатура. Температура оболочки непостоянна и зависит от температуры среды. В обычных условиях оболочка составляет приблизительно 25-30% массы тела. Но ее объем непостоянен. При понижении температуры внешней среды объем оболочки увеличивается, а при повышении – уменьшается. Это служит важным механизмом регуляции температуры ядра. Оболочка играет роль буфера, смягчая резкие температурные колебания.

Принципиальное различие между ядром и оболочкой заключается в характере их реакций на изменение температуры внешней среды. Ядро реагирует по способу «противодействия»: на охлаждение – увеличением кровоснабжения и теплообразования, а на нагревание – уменьшением кровоснабжения и теплообразования. Оболочка реагирует по способу пассивного «приспособления»: на нагревание – усилением кровоснабжения нагреваемых органов, а на охлаждение – уменьшением кровоснабжения охлаждаемых участков.

О температуре тела человека судят обычно на основании ее измерения в подмышечной впадине. Здесь температура здорового человека равна 36,5-36,9˚С. Этот диапазон температур наиболее благоприятен для протекания всех химических реакций, для деятельности головного мозга и всего организма.

Различные участки поверхности кожи имеют неодинаковую температуру. Обычно относительно выше температура кожи туловища и головы (33-34˚С). Температура рук и ног ниже. Разница температур на туловище и конечностях составляет 10˚С и больше. Наиболее высокая температура кожи в области шеи, а самая низкая – на пальцах рук и ног.

Температура внешней среды, при которой человек не испытывает ощущений ни холода, ни тепла, называется термонейтральной зоной среды. Для человека в обычной одежде в покое термонейтральной является температура воздуха 19 - 22˚С, а для обнаженного 28 - 31˚С. Нейтральная температура воды - 35˚С.

Температура тела не остается постоянной, а колеблется в течение суток в пределах 0,5-0,7˚С. Покой и сон понижают, а мышечная активность повышает температуру тела. Максимальная температура наблюдается в 16-18 ч вечера, минимальная – в 3-4 ч утра. У работающих в ночную смену колебания температуры могут быть обратными.

Оглавление темы "Регуляция обмена веществ и энергии. Рациональное питание. Основной обмен. Температура тела и ее регуляция.":
1. Энергетические затраты организма в условиях физической нагрузки. Коэффициент физической активности. Рабочая прибавка.
2. Регуляция обмена веществ и энергии. Центр регуляции обмена веществ. Модуляторы.
3. Концентрация глюкозы в крови. Схема регуляции концентрации глюкозы. Гипогликемия. Гипогликемическая кома. Чувство голода.
4. Питание. Норма питания. Соотношение белков, жиров и углеводов. Энергетической ценность. Калорийность.
5. Рацион беременных и кормящих женщин. Рацион детского питания. Распределение суточного рациона. Пищевые волокна.
6. Рациональное питание как фактор сохранения и укрепления здоровья. Здоровый образ жизни. Режим приема пищи.
7. Температура тела и ее регуляция. Гомойотермные. Пойкилотермные. Изотермия. Гетеротермные организмы.
8. Нормальная температура тела. Гомойотермное ядро. Пойкилотермная оболочка. Температура комфорта. Температура тела человека.
9. Теплопродукция. Первичная теплота. Эндогенная терморегуляция. Вторичная теплота. Сократительный термогенез. Несократительный термогенез.
10. Теплоотдача. Излучение. Теплопроведение. Конвекция. Испарение.

Нормальная температура тела. Гомойотермное ядро. Пойкилотермная оболочка. Температура комфорта. Температура тела человека.

Способность теплокровных животных и человека поддерживать температуру тела на относительно постоянном уровне в изменяющихся условиях внешней и внутренней среды обеспечивается за счет непрерывной деятельности физиологической системы терморегуляции. Эта система включает в себя: 1) температурные рецепторы, реагирующие на изменение температуры внешней и внутренней среды; 2) центр терморегуляции, расположенный в гипоталамусе; 3) эффекторное (исполнительное) звено терморегуляции. Основная функция системы терморегуляции - поддерживать оптимальную для метаболизма организма, или нормальную, температуру тела. Полезным для организма приспособительным результатом работы этой системы является определенная величина температуры крови, обеспечивающая нормальное течение обменных процессов в организме, с одной стороны, и определяющаяся интенсивностью этих процессов - с другой. Обладая высокой теплоемкостью, кровь переносит тепло от тканей с высоким уровнем теплообразования к тканям с более низким уровнем и, таким образом, содействует выравниванию уровня температуры в различных частях тела.

Рис. 13.1. Температура в различных областях тела в условиях холода (А) и тепла (Б) . Колебания температуры тела, вызванные изменениями внешней температуры, больше выражены вблизи поверхности тела и в области дистальных отделов конечностей (в «оболочке» тела). В условиях холодной внешней среды граница гомойо-термного «ядра» температурой 37 "С отодвигается в глубь тела.

Температура глубоких тканей тела за счет теплопереноса кровью распределена более равномерно и составляет около 36,7-37,0 "С. Ее суточные колебания в условиях относительного покоя организма находятся в пределах 1 °С, поэтому говорят о гомойотермном «ядре» тела человека. В это понятие включают ткани человеческого тела, расположенные на глубине 1 см от поверхности кожи и глубже. В тканях печени, мозга, почек температура несколько выше благодаря их метаболической активности, чем в тканях других внутренних органов. Температура поверхности тела и дистальных отделов конечностей ниже, чем глубоких тканей и проксимальных отделов конечностей. Она зависит от интенсивности кровотока в сосудах органов и тканей и от охлаждающего или согревающего действия температуры внешней среды, поэтому говорят о пойкилотермной «оболочке» тела человека. Относительное постоянство температуры сохраняется в большей массе глубоких тканей человека, если организм находится в среде с температурой 25-26 °С. Это значение температуры для легко одетого человека называют термонейтральной зоной, или температурой комфорта, потому что в таком температурном диапазоне температура организма поддерживается постоянной без дополнительного участия тер-морегуляторных механизмов. При охлаждающем действии внешней среды температура глубоких тканей уменьшается, а при согревании организма - возрастает (рис. 13.1).

Температура тела человека изменяется в течение суток (рис. 13.2), что является проявлением суточных циркадианных ритмов . Суточные колебания температуры тела происходят под влиянием эндогенных ритмов («биологических часов»), которые синхронизированы с внешними сигналами, например с вращением Земли. Кроме того, температура тела человека зависит от его физиологического состояния (сон или бодрствование, покой или физические и психоэмоциональные нагрузки и т. д.). Максимального значения температура тела человека достигает в 18-20 часов и снижается до своего минимума в предутренние часы, к 4-6 часам утра. Амплитуда этих суточных колебаний не превышает 1 °С.

Рис. 13.2. Температура тела человека, измеренная в полости рта и прямой кишке в различных физиологических состояниях . В течение дня температура тела человека изменяется, при этом она минимальна во время сна в предутренние часы (4-6 часов утра), так как в это время отмечается самый низкий уровень обменных процессов (а значит и теплопродукции) в организме. Под влиянием физических и психоэмоциональных нагрузок обмен веществ в организме интенсифицируется, увеличивается теплопродукция, что приводит к увеличению температуры тела человека. Рост температуры при этом находится в прямой зависимости от интенсивности нагрузок.

Среднее значение температуры «ядра» тела отражает температура крови в полостях сердца, аорте и других крупных сосудах. Однако измерение температуры в этих частях тела человека практически невозможно, поэтому для клинических целей в качестве показателя температуры глубоких тканей тела используют такие относительно доступные для ее измерения значения, как ректальная температура, подъязычная и подмышечная температура, температура в наружном слуховом проходе у барабанной перепонки. Очевидно, что подобные измерения в каждом из перечисленных участков тела имеют свои особенности и ограничения, а полученные величины температур лишь в большей или меньшей степени отражают температуру глубоких тканей (см. рис. 13.2).

Постоянство температуры тела у человека может сохраняться лишь при равенстве процессов теплообразования и теплоотдачи всего организма. В термонейтральной (комфортной) зоне существует баланс между теплопродукцией и теплоотдачей. Ведущим фактором, определяющим уровень теплового баланса, является температура окружающей среды. При её отклонении от комфортной зоны в организме устанавливается новый уровень теплового баланса, обеспечивающий изотермию в новых условиях среды. Оптимальное соотношение теплопродукции и теплоотдачи обеспечивается совокупностью физиологических процессов, называемых терморегуляцией. Различают физическую (теплоотдача) и химическую (теплообразование) терморегуляцию.

Теплообразование - осуществляется за счёт изменения уровня обмена веществ, что приводит к изменению образования тепла в организме. Источником тепла в организме являются экзотермические реакции окисления белков, жиров, углеводов, а также гидролиз АТФ. При расщеплении питательных веществ часть освобождённой энергии аккумулируется в АТФ, часть рассеивается в виде тепла (первичная теплота - 65-70% энергии). При использовании макроэргических связей молекул АТФ часть энергии идёт на выполнение полезной работы, а часть рассеивается (вторичная теплота). Таким образом, два потока теплоты - первичной и вторичной - являются теплопродукцией.

При необходимости повысить теплопродукцию, помимо возможности получения тепла извне, в организме используются механизмы, увеличивающие производство тепловой энергии.

Температура оказывает существенное влияние на протекание жизненных процессов в организме и на его физиологическую активность. Физико-химической основой этого влияния является изменение скорости протекания химических реакций, благодаря которым происходит энтропическое превращение всех видов энергии в тепловую.

Различают сократительный и несократительный термогенез.

Сократительный термогенез характеризуется тем, что при сокращении мышц возрастает гидролиз АТФ, поэтому возрастает поток вторичной теплоты, идущей на согревание тела.

Произвольная активность мышечного аппарата в основном возникает под влиянием коры больших полушарий. При этом повышение теплопродукции возможно в 3-5 раз по сравнению с величиной основного обмена.

При выполнении физической нагрузки разной мощности теплопродукция возрастает в 5-15 раз по сравнению с уровнем покоя. Температура ядра на протяжении первых 15-30 минут длительной работы довольно быстро повышается до относительно стационарного уровня, а затем сохраняется на этом уровне или продолжает медленно повышаться. Хотя при выполнении нагрузки срабатывают различные механизмы теплоотдачи, наблюдается рабочая гипертермия. Возможно, это связано со снижением гипоталамического уровня регуляции.

Обычно при снижении температуры среды и температуры крови первой реакцией является увеличение терморегуляционного тонуса. С точки зрения механики сокращения, данный тонус представляет собой микровибрацию и позволяет увеличить теплопродукцию на 25-40% от исходного уровня. Обычно в создании тонуса принимают участие мышцы головы и шеи.

При более значительном переохлаждении терморегуляционный тонус переходит в мышечную холодовую дрожь. Холодовая дрожь представляет собой непроизвольную ритмическую активность поверхностно расположенных мышц, в результате которой теплопродукция повышается. Считается, что теплопродукция при холодовой дрожи в 2,5 раз выше, чем при произвольной мышечной деятельности.

Несократительный термогенез осуществляется путём ускорения процессов окисления и снижения эффективности сопряжения окислительного фосфорилирования. За счёт этого вида термогенеза теплопродукция может вырасти в 3 раза.

В скелетных мышцах повышение скорости несократительного термогенеза связано с уменьшением окислительного фосфорилирования за счёт разобщения различных этапов данного процесса. В печени повышение теплопродукции связано с активацией гликогенолиза и последующим расщеплением глюкозы. Повышение теплопродукции возможно за счёт распада бурого жира. Бурый жир, богатый митохондриями и окончаниями симпатических нервов, расположен в затылочной области, между лопатками, в средостении по ходу крупных сосудов, в подмышечных впадинах. В условиях покоя до 10% тепла образуется в буром жире. При охлаждении интенсивность его распада заметно повышается. Кроме того, повышение уровня образования тепла наблюдается за счёт специфико-динамического действия пищи.

Регуляция процессов несократительного термогенеза осуществляется путём активации симпатической нервной системы, продукции гормонов щитовидной железы (разобщают окислительное фосфорилирование) и мозгового слоя надпочечников.

При этом энергия всегда расходуется для какой-нибудь работы, и выработка тепла является ее следствием. В покое у человека 70% тепла вырабатывается внутренними органами, а 30% - за счет мышц, волокна которых даже во время полного покоя незаметно и очень слабо, но постоянно сокращаются. Во время физической работы (тренировки) образование тепла возрастает в несколько раз и доля мышечной работы в этом процессе становится определяющей. Выработка тепла зависит главным образом от интенсивности работы мышц.

В условиях физической нагрузки внутренняя температура повышается, а средняя температура кожи снижается вследствие вызванного работой выделения и испарения пота. Во время работы с субмаксимальной нагрузкой степень повышения внутренней температуры почти не зависит от окружающей температуры в пределах широкого диапазона (15-35°C), пока происходит выделение пота. Обезвоживание приводит к подъему внутренней температуры и тем самым лимитирует работоспособность.

Нормальная жизнедеятельность человека возможна в диапазоне всего в несколько градусов; понижение температуры тела ниже 35°С и повышение выше 40-41°С опасны и могут иметь тяжелые последствия для организма.

Особенно чувствительны к изменениям температуры нервные клетки. С точки зрения терморегуляции, тело человека можно представить состоящим из двух компонентов: внешнего - оболочки, и внутреннего - ядра. Ядро - это часть тела, которая имеет постоянную температуру, а оболочка - часть тела, в которой имеется температурный градиент. Через оболочку идёт теплообмен между ядром и окружающей средой. Температура разных участков ядра различна. Например, в печени - 37.8-38.0°C, в мозге - 36.9-37.8°C в целом же, температура ядра тела человека составляет 37.0°C.

Температура кожи человека на различных участках колеблется от 24.4°C до 34.4°C. Самая низкая температура наблюдается на пальцах ног, самая высокая - в подмышечной впадине. Именно на основании измерения температуры в подмышечной впадине обычно судят о температуре тела в данный момент времени. По усреднённым данным, средняя температура кожи обнажённого человека в условиях комфортной температуры воздуха составляет 33-34°C.

Существуют циркадные - околосуточные - колебания температуры тела. Амплитуда колебаний может достигать 1°. Температура тела минимальна в предутренние часы (3-4 часа) и максимальна в дневное время (16-18 часов). Эти сдвиги вызваны колебаниями уровня регулирования, т.е. связаны с изменениями в деятельности ЦНС.

Известно также явление асимметрии аксилярной температуры. Она наблюдается примерно в 54% случаев, причем температура в левой подмышечной впадине несколько выше, чем в правой. Возможна асимметрия и на других участках кожи, а выраженность асимметрии более чем в 0,5° свидетельствует о патологии.

Глава 14

ПРОЦЕСС ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ

Обмен энергии в организме

Терморегуляция

Общая характеристика обмена энергии. Основной обмен

Для жизнедеятельности организма необходима энергия. Она существует в нем в четырех основных формах: химической, механической, электрической и тепловой. Центральное место из этих форм принадлежит химической энергии (АТФ), которая может необратимо превращаться во все другие виды энергии. Таким образом, обмен энергии - это совокуп­ность процессов превращения различных форм энергии между собой, а также накопление и использование макроэргических соединений. Макроэргическими (высокоэнергетическими) соединениями называются биоло­гически активные органические соединения, обладающие непрочной хи­мической связью, при расщеплении которой выделяется достаточное ко­личество свободной энергии для совершения полезной работы в клетке: синтеза химических соединений, транспорта веществ против градиента их концентрации, мышечного сокращения и т.д.

Энергия расходуется на процессы синтеза клеток, на осуществление различных физиологических функций, на внешнюю работу, поддержание температуры тела и т.д. Продолжение жизни возможно лишь при постоян­ном пополнении запасов энергии, что и происходит благодаря приему пи­щи. При окислении 1 г жира в организме освобождается 9,3 ккал, 1 г белка и углеводов - соответственно по 4,1 ккал.

Килокалория (ккал) - количество тепла (энергии), необходимое для повышения температуры 1 кг воды на 1°С. Наибольшая часть освобож­дающейся в организме энергии переходит в тепловую и только одна пятая часть (20%) переходит в механическую энергию. В электрическую пре­вращается незначительная часть освобождающейся энергии. В конечном итоге все виды энергии отдаются в окружающую среду преимущественно в виде тепловой энергии.

Соотношение количества энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой организмом, называется энергетическим балансом. Он мо­жет быть положительным, равновесным и отрицательным. При избыточ­ном питании, превышающем действительные расходы энергии, энергети­ческий баланс положительный, происходит накопление энергетических запасов за счет увеличения массы жировой ткани. В условиях недостаточ­ного питания энергетический баланс отрицательный, запасы энергобога­тых веществ уменьшаются. Чтобы иметь представление о количестве рас­ходуемой организмом энергии, достаточно измерить количество тепла, которое выделяется во внешнюю среду.

Обмен энергии человека, или так называемый общий обмен, склады­вается из основного обмена и рабочей прибавки. Основной обмен - это минимальный уровень обмена веществ и энергетических затрат бодрст­вующего человека в состоянии мышечного и психического покоя, натощак и при температуре окружающей среды 18-20°С. Рабочая прибавка - это увеличение энергетических затрат организма при мышечной работе. Для мужчин среднего возраста (примерно 35 лет), среднего роста (примерно 170 см) и со средней массой тела (примерно 70 кг) основной обмен равен 1 ккал на 1 кг массы тела в час, или 1700 ккал в сутки. У женщин той же массы он примерно на 5-10% ниже. У детей он выше, чем у взрослых. В пожилом возрасте основной обмен снижается. В условиях основного об­мена энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности организма, работу внутренних органов, поддержание температуры тела.

При лихорадочных заболеваниях (малярия, брюшной тиф, туберкулез и др.), гиперфункции щитовидной железы основной обмен может повы­шаться до 150%. При гипофункции гипофиза, щитовидной железы, поло­вых желез основной обмен понижается, усиливается отложение жира.

После приема пищи интенсивность обмена веществ и энергетические затраты организма увеличиваются по сравнению с их уровнем в условиях основного обмена. Это влияние принятой пищи на обмен веществ и энер­гозатраты получило название специфического динамического действия пищи. При белковой пище обмен увеличивается в среднем на 30%, при питании жирами и углеводами - на 15%.

Общий расход энергии зависит от профессии человека и характера его отдыха (занятия спортом, туризмом и т.д.). Суточный расход энергии Для людей умственного труда, в том числе и для студентов медицинских Училищ, составляет 3000 ккал, а для лиц, занимающихся очень тяжелым Физическим трудом, около 5000 ккал/сутки.

Температура тела у человека и изотермия

Температура тела человека, несмотря на колебания температуры окружающей среды, непрерывно поддерживается на относительно постоянном уровне. Это постоянство температуры тела носит название изотермии (греч. isos - равный, одинаковый; therme - теплота). Стабильная температура тела - одна из важнейших биологических констант. Постоян­ная температура, значительно превышающая обычную температуру внеш­ней среды, обеспечивает высокую скорость химических реакций внутри организма и высокую интенсивность всех процессов жизнедеятельности. Способность организма человека противостоять воздействию холода и тепла, сохраняя изотермию, не беспредельна. При чрезмерно низкой или высокой температуре окружающей среды защитные терморегуляторные механизмы оказываются уже недостаточными, температура организма со­ответственно начинает понижаться или повышаться. В первом случае раз­вивается состояние гипотермии, во втором - состояние гипертермии.

В организме человека принято различать две температурные зоны: внутреннюю - "ядро" и наружную - "оболочку". "Ядро" (мозг, органы грудной клетки, брюшной полости, малого таза) характеризуется относи­тельно стабильной температурой в диапазоне от 37 до 38,5°С. "Оболочка" (кожа, большая часть скелетной мускулатуры и костной системы) имеет более низкую температуру в диапазоне 25-34°С и призвана поддерживать изотермию "ядра". Температура внутренних органов зависит от интенсив­ности обменных процессов. Наиболее интенсивно обменные процессы протекают в печени, которая является самым "горячим" органом тела: температура в ней равна 38-38,5°С. В обычных условиях кровь, проходя по сосудам "ядра", нагревается в активных тканях (тем самым охлаждая их), а проходя по сосудам "оболочки", отдает тепло тканям кожи и охлаждается (одновременно согревая их).

Широко используемый термин "температура тела", как правило, от­носится к температуре внутренних областей тела, т.е. "ядра". Однако трудности измерения и различия в величине ее заставляют измерять тем­пературу тела в более доступных местах: в подмышечной впадине, полос­ти рта, прямой кишке. У взрослого человека принято измерять температу­ру тела в подмышечной впадине. В норме подмышечная температура тела находится в диапазоне 36-37°С. В клинике часто (особенно у грудных де­тей) измеряют температуру в прямой кишке, где она выше, чем в подмы­шечной впадине, и равна у здорового человека 37,2-37,6°С. Суточные ко­лебания температуры тела весьма характерны: наиболее высокая темпера­тура наблюдается во второй половине дня в 16-18 часов, наиболее низкая в 3-4 часа утра. В течение суток температура тела обычно колеблется в пределах 0,5-0,7°С.

Организм человека состоит из внутреннего гомойотермного «ядра» и пойкилотермной «оболочки», относительно легко меняющей свою температуру в зависимости от условий внешней среды. Эти представления основаны на том, что постоянная температура (37 °С), свойственная глубоким тканям тела человека, сохраняется лишь на глубине около 2,5 см. Слой поверхностно расположенных тканей толщиной до 2,5 см. имеет температуру, отличающуюся от температуры внутренних органов. Температура поверхностного слоя в отличие от внутреннего изменяется под влиянием внутренних и внешних причин.

Гипотермические состояния . К гипотермическим относятся состояния, характеризующиеся понижением температуры тела ниже нормы. В основе их развития лежит расстройство механизмов терморегуляции, обеспечивающих оптимальный тепловой режим организма. Различают охлаждение организма (собственно гипотермию) и управляемую (искусственную) гипотермию, или медицинскую гибернацию. Гипотермия возникает в результате действия на организм низкой температуры внешней среды и/или значительного снижения теплопродукции в нём. Гипотермия характеризуется нарушением (срывом) механизмов теплорегуляции и проявляется снижением температуры тела ниже нормы.

#49 Проанализируйте динамику работы функциональной системы, поддерживающей оптимальную для метаболизма температуру крови при повышении температуры окружающей среды.

См. рис. выше.

Гипертермические состояния . К гипертермическим состояниям относятся перегревание организма (или собственно гипертермия), тепловой удар, солнечный удар, лихорадка, различные гипертермические реакции. Лихорадка . Наиболее важное клиническое значение имеет лихорадка - общая неспецифическая реакция организма, в большинстве случаев развивающаяся в ответ на попадание в организм и/или образование в нём пирогена. Важным проявлением лихорадки является повышение температуры тела, не зависящее от температуры окружающей среды. Лихорадка отличается от других гипертермических состояний сохранением механизмов терморегуляции на всех этапах её развития.