Терморегулювання

Життя на Землі підтримується склад­ними хімічними та фізико-хімічними про­цесами, що відбуваються у водному роз­чині білків та інших органічних і неорга­нічних речовин (цитоплазма клітин, тка­нинна рідина, кров, лімфа). Зрозуміло, що ці процеси припиняються, коли вода в ор­ганізмі замерзає або коли білки рідин тіла починають денатурувати при високих тем­пературах.

Діапазон температур на Землі дуже широкий: від - 70 °С в центрі Антарктиди до + 70 °С в приекваторійних пустелях і значно перевищує температурні межі для живих організмів.

Навіть в умовах по­мірного клімату, як, наприклад, в Україні, температура повітря влітку часто досягає + З5 °С і більше, а взимку — нижче - ЗО °С.

Щоб вижити в екстремальних температур­них умовах, у тварин розвинулось два принципово різних типи пристосувань:

1) пойкілотермні (холод­нокровні) тварини (від грец. poycilos – мінливий термо – жар, температура).

2) гомойотермні (теплокровні) істоти (від грец. hотео - подібний).

Пойкілотермних тва­рин називають холоднокровними, оскільки ці тварини не мають механізмів, які підтримують постійною одну з констант гомеостазу - температуру організму.

Гомойотермні тварини можуть підтримувати температуру тіла незалежно від температури зовнішнього середовища на постійному рівні.

Постійність температури тіла називається ізотермією.

У разі значного відхилення температури від норми можуть розвиватися:

а) зміна структури і функції білків;

б) зміна швидкості ензиматичних реакцій;

в) зміна структу­ри і функції нуклеїнових кислот;

г) зміна фізико-хімічного стану і функції ліпідів (основа мембран клітин).

Означені зміни призводять до порушення функцій і структури різних органів та систем. Для всіх гомойотермних тва­рин межі верхньої (летальної) температури становлять 43-45 °С.

Температурні оболонка і ядро.

Залежність інтенсивності процесів обміну від температури призвела до того, що температура тіла більшості гомойоте­рмних тварин наблизилася до максимуму, за яким настає теплова денату­рація білків, руйнування ліпідів у мембранах. Такою температурою для лю­дини є 37 °С. Однак у разі вимірювання температури окремих частин тіла людини можна виявити, що не скрізь спостерігається чітко виражена гомойотермія.

Існують осьовий і поздовжній температурні градієнти.

Поверх­неві шари більше залежать від зовнішньої температури і є холоднішими, ніж глибокі. Кінцівки, особливо їхні дистальні відділи, мають меншу температу­ру, ніж тулуб. Наприклад, у легко одягненої дорослої людини, яка перебуває у 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 навко­лишньої температури спричинює ріст температури в глибоких шарах м'язів кінцівок, яка може дорівнювати температурі внутрішніх органів.

Умовно виділяють пойкілотермну оболонку і гомойотермне ядро. Співвідно­шення їх непостійне і в залежності від зовнішньої температури за рахунок пе­рехідної зони ядро може збільшуватися або зменшуватися.

Отже, всі органи і тканини тіла проду­кують теплоту, але неоднаковою мірою (табл. 15).

Найбільшу кількість теплоти в стані спокою організму виробляють печін­ка, мозок і серце, що пов'язано з їх висо­кою функціональною активністю, інтенсив­ним кровопостачанням і надходженням до них кисню.

Усі внутрішні органи, маса яких не пе­ревищує 8 % маси тіла, виділяють майже 3/4 усієї теплоти ( це гомойотермне ядро).

Шкіра, м'язи, кістки і деякі інші органи, становлячи 92 % маси тіла, продукують всього 27,6 % тепло­ти( це пойкілотермна оболонка).

Наведені цифри стосуються організму, що перебуває в стані спокою і в зоні тем­пературного комфорту. За цих умов ске­летна мускулатура не працює і виробляє дуже мало теплоти, але у зв'язку з тим, що на частку м'язів припадає 40-43 % маси тіла, загальна кількість теплоти, вироблюваної м'язами, досягає 15-20 %. Це нескоротливий термогенез ске­летних м'язів, що є результатом процесів підтримання життя в них.

Якщо ж організм потрапляє в середо­вище з низькою температурою, то роль скелетних м'язів у теплотворенні істотно зростає: вони починають здійснювати ско­ротливий термогенез і при цьому можуть працювати у двох режимах: терморе­гуляторного тонусу і холодового дри­жання.

Терморегуляторний тонус полягає в тому, що у м'я­зах шиї, спини і верхніх (передніх) кін­цівок виникають поодинокі скорочення окремих м'язових волокон із частотою 5-10 с¹. Вони скорочуються асинхронно, в результаті розвивається тонічне скоро­чення скелетних м'язів, що разом з підви­щенням теплопродукції підтримує певну позу тіла. У людини типова поза зіщулення від холоду: зігнута спина, зведені плечі, втягнута голова.

Холодове дрижання є результатом періодичної залпової низько­частотної активності мотонейронів, що призводить до мимовільних некоордино­ваних скорочень скелетної мускулатури. При цьому виділяється значна кількість теплоти.

В умовах холоду одночасно зростає і нескоротливий термогенез за рахунок збільшення інтенсивності окисних про­цесів у печінці й інших органах.

У людини в ранньому віці між лопатками і на шиї відкладається жирова бура тканина. Під час охолодження організму відбувається інтенсивне розщеплення і окиснення цієї тканини, причому енергія, що вивільняється, використовується на теплоту. Завдяки активізації нескоротливого термогенезу теплопродукція орга­нізму може зростати у 2-3 рази.