Непрямая калориметрия

 Методы прямой калориметрии очень громоздки и сложны. Учитывая, что в основе теплообразования в организме лежат окислительные процессы, при которых потребляется О2 и образуется СО2, можно использовать косвенное, непрямое, определение теплообразования в организме по его газообмену — учету количества потребленного О2 и выделенного СО2 с последующим расчетом теплопродукции организма.

 Для длительных исследований газообмена используют специальные респираторные камеры (закрытые способы непрямой калориметрии) (рис. 10.2). Кратковременное определение газообмена в условиях лечебных учреждений и производства проводят более простыми не камерными методами (открытые способы калориметрии) .

Наиболее распространен способ Дугласа — Холдейна, при котором в течение 10—15 мин собирают выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа), укрепляемый на спине обследуемого (рис. 10.3.). Он дышит через загубник, взятый в рот, или резиновую маску, надетую на лицо. В загубнике и маске имеются клапаны, устроенные так, что обследуемый свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок Дугласа. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в котором определяют количество О2 и СО2.

 Кислород, поглощаемый организмом, используется для окисления белков, жиров и углеводов. Окислительный распад 1 г каждого из этих веществ требует неодинакового количества О2 и сопровождается освобождением различного количества тепла. Как видно из табл. 10.2, при потреблении организмом 1 л О2 освобождается разное количество тепла в зависимости от того, на окисление каких веществ О2 используется.

 Количество тепла, освобождающегося после потребления организмом 1 л О2, носит название калорического эквивалента кислорода. Зная общее количество О2, использованное организмом, можно вычислить энергетические затраты только в том случае, если известно, какие вещества — белки, жиры или углеводы, окислились в теле. Показателем этого может служить дыхательный коэффициент.

66

Непрямая калориметрия

 Методы прямой калориметрии очень громоздки и сложны. Учитывая, что в основе теплообразования в организме лежат окислительные процессы, при которых потребляется О2 и образуется СО2, можно использовать косвенное, непрямое, определение теплообразования в организме по его газообмену — учету количества потребленного О2 и выделенного СО2 с последующим расчетом теплопродукции организма.

 Для длительных исследований газообмена используют специальные респираторные камеры (закрытые способы непрямой калориметрии) (рис. 10.2). Кратковременное определение газообмена в условиях лечебных учреждений и производства проводят более простыми не камерными методами (открытые способы калориметрии) .

 Наиболее распространен способ Дугласа — Холдейна, при котором в течение 10—15 мин собирают выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа), укрепляемый на спине обследуемого (рис. 10.3.). Он дышит через загубник, взятый в рот, или резиновую маску, надетую на лицо. В загубнике и маске имеются клапаны, устроенные так, что обследуемый свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок Дугласа. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в котором определяют количество О2 и СО2.

 Кислород, поглощаемый организмом, используется для окисления белков, жиров и углеводов. Окислительный распад 1 г каждого из этих веществ требует неодинакового количества О2 и сопровождается освобождением различного количества тепла. Как видно из табл. 10.2, при потреблении организмом 1 л О2 освобождается разное количество тепла в зависимости от того, на окисление каких веществ О2 используется.

 Количество тепла, освобождающегося после потребления организмом 1 л О2, носит название калорического эквивалента кислорода. Зная общее количество О2, использованное организмом, можно вычислить энергетические затраты только в том случае, если известно, какие вещества — белки, жиры или углеводы, окислились в теле. Показателем этого может служить дыхательный коэффициент.

 Дыхательным коэффициентом (ДК) называется отношение объема выделенного СО2 к объему поглощенного О2. Дыхательный коэффициент различен при окислении белков, жиров и углеводов. Для примера рассмотрим, каков будет дыхательный коэффициент при использовании организмом глюкозы. Общий итог окисления молекулы глюкозы можно выразить формулой:

 С6Н12О6 + 6 О2 = 6 СО2 + 6 Н2О

 При окислении глюкозы число молекул образовавшегося СО2 равно числу молекул затраченного (поглощенного) О2. Равное количество молекул газа при одной и той же температуре и одном и том же давлении занимает один и тот же объем (закон Авогадро— Жерара). Следовательно, дыхательный коэффициент (отношение СО2/О2) при окислении глюкозы и других углеводов равен единице.

 При окислении жиров и белков дыхательный коэффициент будет ниже единицы. При окислении жиров дыхательный коэффициент равен 0,7. Проиллюстрируем это на примере окисления трипальмитина:

 2 С3Н5 (С15Н31СОО)3 + 145 О2 = 102 СО2 + 98 Н2О

 Отношение между объемами углекислого газа и кислорода составляет в данном случае:

 102 CO2/45 O2=   0,703

 Аналогичный расчет можно сделать и для белка; при его окислении в организме дыхательный коэффициент равен 0,8. При смешанной пище у человека дыхательный коэффициент обычно равен 0,85—089. Определенному дыхательному коэффициенту соответствует определенный калорический эквивалент кислорода, что видно из табл. 10.3.

 Определение энергетического обмена у человека в покое методом закрытой системы с неполным газовым анализом. Относительное постоянство дыхательного коэффициента (0,85—0,90) у людей при обычном питании в условиях покоя позволяет производить достаточно точное определение энергетического обмена у человека в покое, вычисляя только количество потребленного кислорода и беря его калорический эквивалент при усредненном дыхательном коэффициенте. Количество потребленного организмом кислорода определяют при помощи различных спирографов.

 Определив количество поглощенного кислорода и приняв усредненный дыхательный коэффициент равным 0,85, можно рассчитать энергообразование в организме; калорический эквивалент 1 л кислорода при данном дыхательном коэффициенте равен 20,356 кДж, т. е. 4,862 ккал (см. табл. 10.3) Способ неполного газового анализа благодаря своей простоте получил широкое распространение.

 Дыхательный коэффициент во время работы. Во время интенсивной мышечной работы дыхательный коэффициент повышается и в большинстве случаев приближается к единице. Это объясняется тем, что главным источником энергии во время напряженной мышечной деятельности является окисление углеводов. После завершения работы дыхательный коэффициент в течение первых нескольких минут так называемого периода восстановления резко снижается до величин меньших, чем исходные, и только спустя 30—50 мин после напряженной работы обычно нормализуется. Эти изменения дыхательного коэффициента показаны на рис. 10.4.

 Изменения дыхательного коэффициента после окончания работы не отражают истинного отношения между используемым в данный момент кислородом и выделенной СО2. Дыхательный коэффициент в начале восстановительного периода повышается по следующей причине: в мышцах во время работы накапливается молочная кислота, на окисление которой во время работы не хватало О2 (это так называемый кислородный долг). Молочная кислота поступает в кровь и вытесняет СО2 из гидрокарбонатов, присоединяя основания. Благодаря этому количество выделенного СО2 больше количества СO2, образовавшегося в данный момент в тканях. Обратная картина наблюдается в дальнейшем, когда молочная кислота постепенно исчезает из крови. Одна часть ее окисляется, другая ресинтезируется в гликоген, а третья выделяется с мочой и потом. По мере уменьшения количества молочной кислоты освобождаются основания, которые до того были отняты у гидрокарбонатов. Эти основания вновь связывают СО2 и образуют гидрокарбонаты, поэтому через некоторое время после работы дыхательный коэффициент резко падает вследствие задержки в крови СО2, поступающей из тканей.

Основной обмен — минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения нормальной жизнедеятельности в условиях относительного физического и психического покоя. Эта энергия расходуется на процессы клеточного метаболизма, кровообращение, дыхание, выделение, поддержание температуры тела, функционирование жизненно важных нервных центров мозга, постоянную секрецию эндокринных желёз.

 Генетика. Одни люди рождаются с более быстрым обменом веществ, другие с более медленным.

 Пол. У мужчин больше мышечной массы и меньше жира в организме. Это значит, что у них больше величина основного обмена.

 Возраст. С возрастом основной обмен веществ замедляется. После 20-летнего возраста, каждые десять лет этот показатель снижается в среднем на 2%.

 Вес. Чем больше вес человека, тем больше ВОО.

 Площадь поверхности тела. Это соотношение Вашего роста и веса. Чем больше общая площадь поверхности Вашего тела, тем выше у Вас ВОО. У высоких, худых людей ВОО больше. Если сравнить высокого и низкого человека с одинаковым весом, которые потребляют одинаковое количество калорий для поддержания веса, то мы сможем заметить, что через год вес более высокого человека останется неизменным, зато вес человека пониже может увеличиться приблизительно на 7 кг.

 Процент жировых отложений. Чем он меньше, тем больше ВОО. Именно меньший процент жировых отложений у мужчин является причиной, по которой интенсивность их основного обмена больше, чем у женщин.

 Диета. Голодание или резкое сокращение количества потребляемых калорий может снизить величину основного обмена на 30%. Низкокалорийная диета для потери веса может привести к снижению ВОО на 20%.

 Температура тела. При увеличении внутренней температуры тела на полградуса, ВОО увеличивается примерно на 7%. Чем выше температура тела, етм быстрее присходят химические реакции в организме. Поэтому ВОО пациента с температурой 42°C увеличится приблизительно на 50% .

 Внешняя температура. Температура окружающей среды также влияет на основной обмен. Воздействие холодных температур приводит к увеличению ВОО, ведь организму нужно выделять больше тепла для поддержания необходимой внутренней температуры тела. Непродолжительное пребывание в условиях высокой температуры имеет небольшое влияние на метаболизм, т.к. температура компенсируется за счёт возросшей теплоотдачи. Но длительное пребывание на жаре может также повысить ВОО.

 Гормоны. Тироксин (производится в щитовидной железе) является одним из ключевых регуляторов ВОО. Он ускоряет метаболическую активность тела. Чем больше вырабатывается тироксина, тем выше ВОО. Если организм производит его слишком много (это состояние известно как тиреотоксикоз) ВОО может возрасти вдвое. Если его слишком мало (микседема), ВОО может уменьшится на 30-40% по сравнению с нормой. Как и тироксин, адреналин также увеличивает ВОО, но в меньшей степени.

 Упражнения. Физические упражнения не только влияют на вес, сжигая калории, но и помогают повысить интенсивность основного обмена за счет увеличения объемов мышечной массы.

68

ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ И ОБЩИЙ ОБМЕН ВЕЩЕСТВ

Обмен энергии при физическом труде

 Мышечная работа значительно увеличивает расход энергии, поэтому суточный расход энергии у здорового человека, проводящего часть суток в движении и физической работе, значительно превышает величину основного обмена. Это увеличение энерготрат составляет рабочую прибавку, которая тем больше, чем интенсивнее мышечная работа.

 При мышечной работе освобождается тепловая и механическая энергия. Отношение механической энергии ко всей энергии, затраченной на работу, выраженное в процентах, называется коэффициентом полезного действия. При физическом труде человека коэффициент полезного действия колеблется от 16 до 25 % и составляет в среднем 20 %, но в отдельных случаях может быть и выше.

 Коэффициент полезного действия изменяется в зависимости от ряда условий. Так, у нетренированных людей он ниже, чем у тренированных, и увеличивается по мере тренировки.

 Затраты энергии тем больше, чем интенсивнее совершаемая организмом мышечная работа. Степень энергетических затрат при различной физической активности определяется коэффициентом физической активности (КФА), который представляет собой отношение общих энерготрат на все виды деятельности за сутки к величине основного обмена. По этому принципу все мужское население разделено на 5 групп (табл. 10.5)

 Значительные различия энергетической потребности в группах зависят от пола (у мужчин больше), возраста (снижаются после 40 лет), степени активности отдыха и уровня коммунального обслуживания.

  В старости энерготраты снижаются и к 80 годам составляют 8373—9211 кДж (2000—2200 ккал).

69

Питание - это основная биологическая потребность любого живого организма. От того насколько правильно питается человек зависит его жизнеспособность, работоспособность, устойчивость организма к воздействиям вредных факторов. Питание обеспечивает энергетический обмен веществ - снабжение организма питательными веществами, чтобы восстанавливать те вещества, которые были израсходованы организмом в процессе жизнедеятельности. Питание обеспечивает пластический процесс - восстановление израсходованных и синтез новых клеточных элементов, а также откладывание веществ "про запас" в тканях-депо организма: жир откладывается в жировой клетчатке; гликоген - в печени. Энергетические расходы организма не требуют какого-либо качественного состава пищи, поскольку отдельные пищевые элементы (жиры, белки, углеводы) могут быть заменены по принципу их изодинамического равновесия, т.е., по их калорийности. Но, для пластических процессов необходимо наличие определенного минимума определенных компонентов пищи, т.е., важен качественный состав пищи.

Говоря другими словами, пища в достаточном количественном отношении может быть в недостаточном качественном отношении, т.к. некоторые энергетические процессы, которые протекают в организме человека, невозможны без наличия минимума определенных ферментов и веществ. Поэтому, увеличивая количественный состав пищи, обязательно надо учитываеть и ее качественный состав. Определенным образом у здорового человека правильный подбор пищи происходит под воздействием аппетита, который у больного человека зачастую отсутствует или извращен.

Два основных процесса, руководящие обменом веществ в организме - это ассимиляция и диссимиляция, которые протекают параллельно.

Ассимиляция - периодическое постоянное поступление в организм воды, воздуха, сложных органических и минеральных веществ, которые усваиваются организмом и поступают во все клетки, обуславливая их жизнедеятельность.

Диссимиляция - разрушение веществ с выделением энергии, которая определяет жизнедеятельность организма.

Суточное количество пищи, необходимое для нормальной жизнедеятельности организма человека, называется общим калоражем пищи, который зависит от обмена веществ (от процессов диссимиляции). Для того, чтобы правильно определить нужный калораж, необходимо знать энергетический расход конкретного организма в конкретных условиях, т.е. определить общий обмен веществ организма, который состоит из основного и дополнительного обмена веществ и специфического динамического действия пищи.

Основной обмен веществ - количество энергии, которое тратится организмом для осуществления непрерывно идущих в нем жизненных процессов (зависит от пола, возраста, веса, роста, конституции, гормонального фона). Основной обмен веществ в среднем выше у мужчин на 10% чем у женщин; у молодых выше, чем у пожилых; у астеников выше, чем у гиперстеников. В среднем основной бмен вещств в сутки у взрослого человека составляет 25ккал/1кг.

70

Правильное питание - первый ключ к здоровью и хорошему самочувствию, без которых трудно достигнуть максимальной работоспособности. Итак, равновесие в организме, приводящее к здоровью, начинается с пищи, которую мы едим. Исследовательский отдел Центра аэробики сформулировал восемь основных принципов рационального питания. 1. Важно поддерживать постоянное соотношение между основными компонентами питания в пропорции 50 : 20 : 30. Ежедневное потребление калорий должно быть распределено так: 50 процентов - на углеводы, 20 - на белки и 30 - на жиры. 2. Следуйте правилу «25-50-25», позволяющему регулировать вес тела, контролируя количество пищи, потребляемое за завтраком, обедом и ужином: 25 процентов калорий должно приходиться на завтрак, 50 - на обед и 25 - на ужин. Другими словами, питайтесь регулярно и распределяйте ваши калории на весь день, ограничивая себя при этом за вечерней трапезой. Даже для тех, кто не нуждается в ограничении веса, весьма полезно ориентироваться на эту формулу или ее модификации. Вот один из вариантов: 25-30-45 (25 процентов - завтрак, 30 - второй завтрак и 45 - поздний обед). 3. Занимайтесь физическими упражнениями в конце дня, как раз перед ужином, чтобы понизить аппетит. Снижение веса путём сочетания физических упражнений и ограничения калорий в первую очередь уменьшает содержание жира, в то время как ограничение в питании без физической нагрузки приводит к значительной потере мышечной массы. 4. Культивируйте здоровый страх перед тучностью. 5. В питании избегайте дисбаланса, вызываемого потреблением слишком малого количества калорий. Эта ошибка может вам стоить жизни, особенно если вы занимаетесь напряжёнными и длительными физическими упражнениями. 6. Применяйте научную формулу для определения вашего идеального веса. 7. Знайте формулу для подсчитывания количества калорий, ежедневно необходимых для поддержания идеального веса. 8. Если вы страдаете избытком веса, придерживайтесь рационального режима питания. Эти принципы в некотором смысле представляют собой возврат к естественной диете наших предков, но позволяют организму функционировать на максимальном уровне работоспособности. Если вы усвоите принципы сбалансированного питания и будете им следовать, то, я уверен, почувствуете прилив энергии, улучшатся ваши умственные способности, повысится физическая сила.

71

Белки. Биологическая ценность животных белков больше, чем растительных. Среди растительных продуктов высоким содержанием незаменимых аминокислот отличаются соя, фасоль, горох. К полноценным по составу аминокислот приближаются белки гречневой и овсяной круп. Усвояемость белков мяса, рыбы, составляет 93-95%, молока, яиц – 90-98%, усвояемость белков в среднем составляет 83-85%. Суточная потребность взрослого в белках – 80-90 г (не менее 0,8-1 грамма белка на 1 кг массы тела). 55-60% от этой нормы должны составлять белки животного происхождения. За счет белков пищи обеспечивается примерно 15% энергетической потребности организма. Липиды поступают в организм в составе животной и растительной пищи. Ненасыщенные жирные кислоты имеются во всех пищевых жирах, особенно их много в масле растительного происхождения. В растительном масле содержатся и незаменимые жирные кислоты. Сливочное масло усваивается на 95%, рыбий жир почти на 100%, говяжий – на 80-84%, самая низкая усвояемость у бараньего жира – 70-80%, усвояемость растительного масла (подсолнечного) – 86-90%. Средняя потребность в липидах взрослого человека составляет 80-100г/сутки. Из этого количества растительных масел должно быть не менее 30%. Значительное снижение потребления жиров может привести к дефициту жирорастворимых витаминов, снижению синтеза стероидных гормонов. Особенно чувствителен к дефициту липидов растущий организм. Уточненные нормы суточных потребностей в пищевых веществах для взрослого населения и детей приведены в учебнике «Физиология человека» (под ред. Покровского В.М., 2003г.) Углеводы в продуктах питания содержаться в виде полисахаридов (крахмал, гликоген), простых сахаров (сахароза, лактоза), моносахаров (глюкоза, фруктоза). Растительный крахмал (овощи, фрукты) – основной полисахарид, используемый в питании. Гликоген содержится в печени животных (15-20%) и меньше в мясе (1-2%). Процесс гидролиза крахмала в пищеварительном тракте происходит постепенно, и поэтому прием его с пищей не вызывает резкого подъема моносахаридов в крови. Дисахариды усваиваются быстро. Сахароза (пищевой сахар), используется во всех кондитерских изделиях и вареньях. Избыточное потребление сахара приводит к резкому повышению уровня глюкозы в крови, напряжению секреторных функций β-клеток поджелудочной железы; Часть глюкозы преобразуется в жир и приводит к увеличению жирового депо. Глюкоза в натуральном виде содержится в ягодах и фруктах, основной источник фруктозы – мёд. Средняя потребность в углеводах составляет 350-450 г/сутки. Из этого количества на долю полисахаридов должно приходиться 70-75%, не более 15-20% - простых сахаров и примерно 10% - пищевых волокон (балластных веществ). Пищевые волокна содержатся в хлебе, содержащем ржаные и пшеничные отруби, во всех овощах и фруктах. Кроме пищевых волокон, в ржаном хлебе, овощах и фруктах содержится много витаминов и микроэлементов. Балластных веществ в рационе должно быть не менее 30-40 г/сутки. Суточные потребности в солях указаны в разделе «Обмен веществ».

Составление и распределение пищевого рациона

Зная,сколько основных элементов пищи и сколько калорий требуется для здорового человека определенной профессии, можно практически составить пищевой рацион по прилагаемой таблице химического состава и калорийности продуктов (см. стр. 19).

Например, человеку, весящему 70 кг и выполняющему немеханизированную работу средней трудности, согласно установленной Институтом питания группе, необходимо 4500 калорий.

Наибольшая норма белков составляет 1,8 г на 1 кг веса, а на 70 кг ока составляет 126 г, или 516 калорий.

Жиров необходимо 100 г, что составляет 930 калорий.

Сложив калорийность белков и жиров (516+930), получаем 1446 калорий. Отняв от 4500 калорий 1446 калорий, получим 3054 калории, которые организм должен иметь за счет углеводов. 1 г углеводов дает 4,1 калории; таким образом, 3054 калории организм получит, использовав 745 г углеводов.

Итак, в этом случае пищевой рацион должен состоять из 126 г белков, 100 г жиров и 745 г углеводов; кроме того, требуется около 15 г поваренной соли, 2,5—3 литра воды и витамины.

При составлении рационов жиры можно заменять углеводами и наоборот (но не употреблять более 150 г жиров в сутки), так как и те и другие являются источником энергии.

72

Поступающая    в организм человека   пища   оказывает   так называемое специфическое динамическое действие, выражающееся в усилении   основного обмена веществ. Максимальным таким действием обладают белки, особенно животного происхождения. Они усиливают основной обмен веществ на 30—40% общей энергетической ценности введенного в организм белка. Специфическое же динамическое действие жиров и углеводов сравнительно невелико, оно составляет соответственно 4—10% и 4—б%- При обычном смешанном питании суточный расход энергии на специфическое динамическое действие пищи составляет у взрослого человека 150—200 калорий.

Учет величины специфического динамического действия отдельных пищевых веществ имеет определенное значение для построения рациона здоровых людей. Но его роль особенно возрастает при организации лечебного питания, когда лечащий врач в зависимости от характера заболевания ставит своей задачей добиться увеличения или снижения веса больного. Так, при составлении пищевого рациона для больного с недостаточным весом целесообразно обеспечить калорийность пищи в основном за счет углеводов и жиров, а не белков. Последние, вследствие свойственного им выраженного специфического динамического действия, увеличат расходную часть обмена веществ в организме. При наклонности же к избыточному весу, наоборот, следует ограничить в пище жиры и углеводы с относительным увеличением в ней удельного веса белков.

73

Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры внешней среды. Снижение температуры окружающей среды ниже (О^о С) может приводить к разрушению клеточных структур (кристаллики льда внутри клетки –гемолиз эритроцитов). При температуре тела выше 45^о С происходит денатурация белков. Так как белки ответственны за все регуляторные функции живых организмов, поэтому их структурная и функциональная целостность (сохранность) жизненно необходима для организма.

Изменение температуры тела влияет на метаболические процессы, может нарушать деятельность ферментов, энергический обмен, а также пластические процессы. (с увеличением температуры увеличивается диссоциация оксигемоглобина, усиливается фагоцитоз, усиливается устойчивость организмов к действию неблагоприятных факторов и наоборот)

Зависимость скорости химических реакций от температуры выражается законом Вант-Гоффа-Аррениуса, согласно которого при повышении или понижении температур ткани на 10^о С происходит соответственно повышение или понижение скорости химических процессов в 2-3 раза.

При рассмотрении зависимости скорости биологических реакций от температуры установлены 3-и точки:

1)         температурный оптимум – скорость биологических процессов с возрастанием температуры до определенного уровня;

2)         дальнейшее повышение температуры сопровождается замедлением реакции (может возникнуть денатурация белка) – это температурный максимум;

3)         понижение температуры – температурный минимум.

Фоновый термогенез

Главным источником теплоты в организме являются его глубокие структуры, затем тепловая энергия распространяется к периферии (внутренний поток тепла), откуда часть ее отдается в окружающую среду (внешний поток).

В термонейтральных условиях 70% теплопродукции организма приходится на долю мозга и внутренних органов (8% от массы тела).Наиболее интенсивно теплообразование в мышцах при их сокращении. Если человек лежит неподвижно, то при напряжении мышц теплообразование повышается на 10%. При небольшой двигательной активности теплообразование увеличивается на 50 – 80%.При тяжелой работе теплообразование возрастает на 400 – 500%. Прошедшие геологические эпохи характеризовались сложной динамикой изменений температуры среды. Это определило сложность и многообразие приспособительных механизмов к ним и позволило животному миру выжить в диапазоне температур от –70⁰С до +85⁰С

Существуют 3 типа реакций живого организма на температуру: гомойотермия, пойкилотермия и гетеротермия. Рассмотрим каждую их них подробно:

Гомойотермия В процессе эволюции у высших животных и человека выработались механизмы, позволяющие поддерживать температуру тела на постоянном уровне вне зависимости от температуры окружающей среды. Таким образом, организмы способны избегать перегревания при слишком высокой и переохлаждения при слишком низкой температурах окружающей среды. Температура внутренних органов колеблется в пределах 36–38°С. Постоянная температура необходима для поддержания оптимальной скорости метаболических процессов и нормальных физико–химических показателей крови. Кроме того температура влияет на процессы возбуждения, скорость и интерсивность сокращения мышц, процессы секреции, всасывания и защитные реакции клеток и тканей.

Оптимальная температура тела у человека составляет 37°С;

Верхняя летальная температура — 43,4°С; (при более высокой температуре начинается внутриклеточная денатурация белка и необратимая смерть);

нижняя летальная температура — 24°С;

Из всех животных самыми «жароустойчивыми» являются курица и воробей — их верхняя летальная температура 47°С, а самыми «холодоустойчивыми» – кошка и морская свинка, нижняя летальная температура которых 18°С.

В экстремальных условиях резких изменений окружающей температуры гомойотермные животные (и человек в том числе) реагируют реакцией стресса (температурный — тепловой или холодовой – стресс). С помощью этих реакций такие животные поддерживают оптимальный уровень температуры тела. Гомойотермия у человека вырабатывается в течение жизни.

Пойкилотермия У безпозвоночных и низших позвоночных животных, а также у новорожденных детей отсутствуют совершенные механизмы поддержания температуры тела. Таким образом, в значительной степени она определяется температурой внешней среды и колеблется в соответствии с ее изменениями, в том числе сезонными. Тем не менее существуют механизмы, позволяющие повышать температуру тела по сравнению с внешней температурой:

У рептилий важнейшее значение в температурной адаптации имеет поведение. Многие ящерицы и змеи, греясь на солнце, поглощают огромное количество его излучения, а также тепла от нагретых скал и песка. У ящериц, обитающих на большой высоте от уровня моря, после пребывания на солнце температура тела может достигать 26°С при температуре воздуха –5°С.

Между кольцами питона, высиживающего яйца, регистрировали температуру 33,5°С при температуре воздуха 31°С.

У пустынной игуаны в естесственных условиях температура тела может достигать 42°С при температуре окружающего воздуха 30°С. Отмечено, что игуана не просто греется на солнце, а принимает такие позы, при которых на ее тело попадает максимальное количество солнечных лучей.

В условиях пониженной температуры пойкилотермные животные впадают в состояние, называемое анабиозом, при этом резко снижается активность ферментов и на минимальном уровне находится интенсивность обменных процессов.

У разных видов пойкилотермных организмов температурный оптимум, совместимый с их жизнедеятельностью, варьируется в широких пределах. Некоторые микроорганизмы могут существовать в толще льдов при температуре от 0 до –60°С; другие нормально развиваются при таких высоких температурых, которые для других животных губительны. К таким животным относятся организмы, живущие в горячих источниках при температуре от 50 до 70°С, а также спорообразующие термофильные бактерии, которые выдерживают нагревание при 120°С в течении 20 минут. Пойкилотермные животные в экстремальных температурных условиях реагируют реакциями гипо– и анабиоза, в основе которых лежит снижение обмена веществ и энергозатрат. За счет этого пойкилотермы переживают температурный стресс и другие экстремальные ситуации.

Гетеротермия Существует группа животных с переходными формами температурных реакций. В определенных условиях они проявляют свойства и пойкило–, и гомойтермии, например:

Для летучей мыши, находящейся в полете, характерна гомойотермия, а в вертикально подвешенном состоянии во время спячки — пойкилотермия.

К периодически пойкилотермам относятся и зимнеспящие животные, и грызуны, и некоторые мелкие птицы (колибри). Температура их тела в период двигательной активности изменяется в очень широких пределах: у суслика, например, от 30 до 39°С, в покое же она резко падает.

Восприятие полученной выше информации на свой счет позволит вам осмысленно действовать в случае попадания в экстремальные температурные ситуации. Вопросам терморегуляции на habit.ru посвящено несколько статей и для разностореннего понимания этого вопроса имеет смысл ознакомится со всем представленным материалом.

74

Температура тела — комплексный показатель теплового состояния организма животных и человека.

Поддержание температуры тела в определенных пределах является одним из важнейших условий нормальной жизнедеятельности организма. У пойкилотермных животных, к которым относятся беспозвоночные, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, температура тела близка к температуре окружающей среды. Гомойотермные животные — птицы и млекопитающие — в процессе эволюции приобрели способность поддерживать постоянную температуру тела при колебаниях температуры окружающей среды.

В гомойотермном организме условно различают две температурные зоны — оболочку и ядро. Оболочку составляют поверхностно расположенные структуры и ткани — кожа, соединительная ткань, ядро — кровь, внутренние органы и системы. Температура ядра выше, чем оболочки, и относительно стабильна: разница температур между внутренними органами составляет несколько десятых градуса, причем наиболее высокую температуру имеет печень (около 38°). Температура других внутренних органов, в том числе мозга, близка к температуре крови в аорте, определяющей среднюю температуру ядра. В мозге у кроликов и некоторых других животных отмечена разница температуры коры головного мозга и гипоталамуса, достигающая 1°.

Температура оболочки ниже температуры ядра на 5—10° и неодинакова на разных участках тела, что связано с различием их кровоснабжения, величиной подкожного жирового слоя и другого. Температура поверхности тела существенно зависит от температуры окружающей среды. При кратковременном нагревании тела (например, в финской сауне при температуре воздуха 80—100°) температура кожи конечностей, составляющая в норме около 30°, может подниматься до 45—48°, а при охлаждении падать до 5—10°.

Наличие в организме зон с разной температурой не позволяет однозначно определить температуру тела. Для характеристики ее часто пользуются понятием средневзвешенной температуры, которую вычисляют как среднюю температур всех участков тела. Более точно температуру тела может характеризоваться температурной схемой — распределением температуры по поверхности тела (рис. 1.) или в его ядре. Используется также характеристика температуры тела градиентом температуры, который изображается вектором, направленным в сторону наибольшего значения температуры, причем величина вектора соответствует изменению температуры, приходящемуся на единицу длины. Изображение температурной схемы тела в виде изотерм и значений градиента взаимно дополняют друг друга: чем ближе расположены изотермы, тем больший градиент температур имеют участки тела.

Измерение температуры тела производят с помощью различных термометров и датчиков температуры. Температуру ядра достаточно точно (с ошибкой менее 0,5°) можно измерить, размещая термометр в подмышечной впадине, под языком, в прямой кишке или наружном слуховом проходе. Нормальная температура тела человека, измеренная в прямой кишке, близка к 37°. Температура, измеренная под языком, меньше на 0,2—0,3°, в подмышечной впадине меньше на 0,3 — 0,4°.

У большинства людей хорошо выражены суточные колебания температуры тела, лежащие в диапазоне 0,1—0,6°. Наиболее высокая температура тела наблюдается во второй половине дня, наиболее низкая — ночью. Имеют место и сезонные колебания температуры тела: летом она на 0,1—0,3° выше, чем зимой. У женщин выражен также месячный ритм изменения температуры тела: при овуляции она повышается на 0,6—0,8°. Повышение температуры тела наблюдается при интенсивной мышечной работе, сильных эмоциональных переживаниях.

Поддержание жизни у гомойотермных животных и человека возможно только в определенном диапазоне температуры тела. Интервал между нормальной и верхней летальной температурой внутренних органов составляет около 6°. У человека и высших млекопитающих верхняя летальная температура приблизительно 43°, у птиц 46—47°. Причинами гибели гомойотермных животных и человека при превышении температуры тела верхнего критического предела считают нарушение биохимического равновесия в организме вследствие влияния изменения температуры на скорости разных биохимических реакций, а также нарушение структуры мембран в результате термического изменения конформации макромолекул, термическую инактивацию ферментов, идущую со скоростью, превышающей скорость их синтеза, денатурацию белков в результате нагрева, недостаток кислорода. Нижняя летальная температура тела составляет 15—23°. При искусственном охлаждении организма (смотри Гипотермия искусственная), когда принимаются специальные меры для сохранения его жизнеспособности, температуру тела можно понизить до более низких величин без риска для жизни.

75

Температура тела контролируется специфическими терморецепторами. Они делятся на периферические и центральные. Расположенные в коже, подкожной основе и кровеносных сосудах этих участков, периферические рецепторы бывают двух типов - тепловые и холодовые (преимущественно холодовые). Кроме того, в коже есть терморецепторы, которые возбуждаются при температуре свыше 45 ° С. Но они принадлежат к промежуточному типу между термо-и ноцирецепторамы. Центральные рецепторы содержатся в гипоталамусе (всего в передоптичний зоне). Некоторое их количество находится в шейно-грудном отделе спинного мозга, в мышцах абдоминальной зоны. Здесь также содержатся оба типа рецепторов (преимущественно тепловые). Эти рецепторы играют основную роль в регулировании теплообмена, потому что они контролируют температуру ядра. Между центральными и периферическими терморецепторнимы импульсами. может быть реципрокные взаимодействие. Так, в условиях активизации кожных холодовых рецепториб сужаются сосуды, а образование тепла усиливается. Но процесс повышенный теплопродукции при этом не происходит так интенсивно, чтобы вызвать повышение температуры ядра. Этому препятствуют внутренние тепловые рецепторы. Напротив, при повышении температуры тела при физическом труде возбуждаются внутренние тепловые рецепторы, запускаются процессы удаления избытка тепла путем расширения сосудов, потоотделение. Развитие этих реакций могут тормозить холодовые рецепторы кожи, особенно тогда, когда присоединяется влияние низкой температуры окружающей среды. Частота возникновения нервных импульсов в рецепторах зависит от температуры. Холодовые и тепловые рецепторы генерируют спонтанную активность. На эту активность накладывается соответствующий температурное раздражение. Так, в волокнах, поступающих от тепловых рецепторов, импульсация наблюдается в диапазоне от 20 до 40 ° С, а максимальная активность - в пределах 38 ° С и более. Волокна холодовых рецепторов активны в диапазоне 10-40 ° С, но наибольшая частота импульсации в них при температуре 20-34 ° С. Внезапное повышение или понижение температуры приводит к кратковременному резкому увеличению частоты разрядов в соответствующих рецепторах с последующим постепенным снижением до уровня, характерного для данной температуры. При температуре кожи 34-38 °С импульсация в обоих типах рецепторов минимальна. Это создает представление о температурный комфорт. Примерно по такой схеме функционируют и центральные терморецепторы, но для них «температурное окно» уже - в пределах 37-37,5 ° С. Импульсы от периферических рецепторов переключаются в структурах задних рогов спинного мозга. В мозг они поступают по спиноталамического и спиноретикулярному путях. После прохождения через ретикулярную формацию и неспецифические ядра таламуса импульсация поступает в гипоталамус и ассоциативные зоны коры головного мозга.