Терморегуляція в живому організмі.

Тіло людини має постійну температуру завдяки терморегуляції. Основою терморегуляції є теплообмін організму з навколишнім середовищем.

Теплообмін відбувається шляхом теплопровідності, конвекції, випаровування та випромінювання (поглинання) енергії тілом людини. Розподіл відданої енергії у названих вище процесах залежить від багатьох чинників: енергетичного обміну організму, середовища, одягу. Через малу теплопровідність повітря теплообмін за рахунок теплопровідності незначний; 15...20% теплообміну людини здійснюється конвекцією. Випаровування відбувається з поверхні шкіри і легень, теплові втрати внаслідок цього становлять до 30%. Найбільше теплових втрат (50%) припадає на випромінювання з відкритих частин тіла та одягу. Основна частина цього випромінювання належить до інфрачервоного діапазону.

Максимум спектральної густини енергетичної світності, згідно зі законом Віна, припадає на довжину хвилі 9,5 мкм, якщо температура поверхні шкіри становить 32°С.

Енергетична світність великою мірою залежить від термодинамічної температури, тому навіть незначне підвищення температури поверхні тіла може зумовити таку зміну потужності випромінювання, яка фіксується приладами.

Довести це можна, використавши рівняння Стефана-Больцмана.

Продиференціюємо рівняння R_e = σT⁴ : dR_e = 4σT³dT

Поділимо це рівняння на рівняння Стефана-Больцмана:

dR_e/R_e = 4σT³dT/σT⁴ =4(dT/T)

Таким чином, відносна зміна енергетичної світності більша за відносну зміну температури в 4 рази.

Життя існує за температур досить вузького діапазону. Порівняно невелика кількість живих істот (ссавців) може підтримувати внутрішню температуру сталою. До таких істот належить також людина. У більшості людей у нормі температура (пахвинна) становить 36,6...36,8°С. Температура внутрішніх органів вища. Максимальною є температура печінки і нирок (38,0...39,0°С). Людина достатньо термостабільна, тому внаслідок підвищення температури навколишнього середовища на 10°С температура її тіла зростає лише приблизно на 0,2°С. Споживання кисню організмом людини під час підвищення температури тіла на кожний градус збільшується приблизно на 7%. Швидкість біохімічних реакцій в організмі зростає у 2 рази внаслідок підвищення температури на 10°С.

Теплота продукується в організмі в результаті хімічних процесів, зокрема окиснювальних. Окиснювальні процеси відбуваються в усіх клітинах тканин організму, але в одних тканинах ці процеси відбуваються інтенсивно (м'язи, печінка), а в інших — менш інтенсивно (хрящі, кістки, сухожилки). Температура середовища та тіла визначає інтенсивність хімічних процесів, що відбуваються в організмі.

Важливу роль у живому організмі відіграє його теплова адаптація. Під час охолодження тіла обмін речовин посилюється, енергія його зростає, вмикається механізм хімічної терморегуляції організму. Хімічні процеси в організмі є переважно екзотермічними. Температура визначає швидкість хімічних реакцій і водночас є одним із чинників, що контролюють ріст та метаболізм живого організму. Температура клітин з активним метаболізмом має бути вищою від температури навколишнього середовища.

Організм людини масою 70 кг за 24 год виробляє 2400 кілокалорій, що достатньо для того, щоб підвищити його температуру від 0 до 40°С. Проте температура тіла стала, що свідчить про постійну втрату теплоти.

В організмі людини регулювання температури за рахунок тепловіддачі відіграє важливу роль. Головна тепловіддаюча поверхня - поверхня шкіри, через яку передається близько 4/5 всієї теплоти. Тепловіддача суттєво залежить від площі поверхні тіла та його маси.

На стабільність температури організму суттєво впливають ліпіди їжі. З'ясовано, що підвищений вміст холестерину в їжі збільшує термостабільність.

Яким чином температура зумовлює біохімічні зміни в організмі, цілком не з'ясовано. Ймовірно, що важливу роль у цьому відіграють гормони. Механізми терморегуляції активуються двома способами: подразненням термоцентрів та прямим подразненням центрів терморегуляції в мозку внаслідок зміни температури шкіри.