77. Механизмы теплоотдачи

Теплоотдача путем Излучения

Излучение — это способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человека в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона (а = 5 — 20 мкм). Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду излучением, пропорционально площади поверхности изучения и разности средних значений температур кожи и окружающей среды. Площадь поверхности излучения — это суммарная площадь поверхности тех частей тела, которые соприкасаются с воздухом.

При температуре окружающей среды 20°С и относительной влажности воздуха 40-60% организм взрослого человека рассеивает путем излучения около 40-50% всего отдаваемого тепла. Теплоотдача путем излучения увеличивается при понижении температуры окружающей среды и уменьшается при ее повышении. В условиях постоянной температуры окружающей среды излучение с поверхности тела возрастает при, повышении температуры кожи и уменьшается при ее понижений. Если средние температуры поверхности кожи и окружающей среды выравниваются (разкость температур становится равной нулю), отдача тепла излучением становится невозможной. Снизить теплоотдачу организма излучением можно за счет уменьшения площади поверхности излучения («сворачивания тела в клубок»). Если температура окружающей среды превышает среднюю температуру кожи, тело человека, поглощая инфракрасные лучи, излучаемые предметами, согревается.

Теплоотдача путем Теплопроведения

Теплопроведение — способ отдачи тепла, имеющий место при контакте, соприкосновении тела человека с другими физическими телами. Количество тепла, отдаваемого в окружающую среду этим способом, пропорционально разнице средних температур контактирующих тел, площади контактирующих поверхностей, времени теплового контакта и теплопроводности контактирующего тела. Сухой воздух, жировая ткань характеризуются низкой теплопроводностью и являются теплоизоляторами. Использование одежды из тканей, содержащих большое число маленьких неподвижных «пузырьков» воз­духа, дает возможность уменьшить рассеяние тепла путем теплопроводности. Влажный, насыщенный водяными парами воздух, вода характеризуются высокой теплопроводностью. Поэтому пребывание при низкой температуре в среде с высокой влажностью сопровождается усилением теплоиотерь организма. Влажная одежда также теряет свои теплоизолирующие свойства.

Теплоотдача путем Конвекции

Конвекция — способ теплоотдачи организма, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Для рассеяния тепла конвекцией требуется обтекание поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи. При этом контактирующий с кожей слой воздуха нагревается, снижает свою плотность, поднимается и замещается более холодным и более плотным воздухом. В условиях, когда температура воздуха равна 20°С, а относительная влажность — 40-60%, тело взрослого человека рассеивает в окружающую среду путем теплопроведения и конвекции около 25-30% тепла. Количество отдаваемого конвекцией тепла увеличивается при увеличении скорости движения воздушных потоков (ветер, вентиляция). Теплопроведение и конвекция, также как излучение, становятся неэффективными способами отдачи тепла при выравнивании средних температур поверхности тела и окружающей среды.

Теплоотдача путем испарения

Теплоотдача путем испарения — это способ рассеяния организмом тепла в окружающую среду за счет его затраты на испарение пота или влаги с поверхности кожи и влаги со слизистых дыхательных путей. У человека постоянно осуществляется выделение пота потовыми железами кожи, увлажняются слизистые дыхательных путей. При температуре внешней среды около 20°С, испарение влаги составляет около 36 г/ч. Учитывая, что на испарение 1 г воды затрачивается 0,58 ккал тепловой энергии, нетрудно подсчитать, что путем испарения организм взрослого человека отдает в этих условиях в окружающую среду около 20% всего рассеиваемого тепла. Повышение внешней температуры, выполнение физической работы, длительное пребывание в теплоизолирующей одежде усиливают по­тоотделение, и оно может возрасти до 500-2000 г/ч.

Если внешняя температура превышает среднее значение температуры кожи, то организм не может отдавать во внешнюю среду тепло излучением, конвекцией и теплопроведением. Организм в этих условиях начинает поглощать тепло извне и единственным способом рассеяния тепла становится усиление испарения влаги с поверхности тела. Такое испарение возможно до тех пор, пока влажность воздуха окружающей среды остается меньше 100%. При интенсивном потоотделении, высокой влажности и малой скорости движения воздуха, когда капельки пота, не успевая испариться, сливаются и стекают с поверхности тела, теплоотдача путем испарения становится менее эффективной.

78.Для того чтобы понять механизмы закаливания, в том числе и механизмы адаптации детей к сниженной температуре среды, необходимо разобрать вопросы, связанные с терморегуляцией в раннем постнатальном периоде.

В антенатальном периоде организм развивается в условиях постоянной температуры, равной температуре тела матери. Постоянство температуры окружающей среды во внутриутробном периоде является важным и непременным фактором раннего развития, поскольку плод еще не способен сам поддерживать собственную температуру тела. Преждевременно рождающиеся дети, а также незрелорождающиеся млекопитающие в условиях обычной температуры окружающей среды, равной 21-22 °С, не могут поддерживать гомойотермию и потому снижают температуру собственного тела. Исследования показали, что однократное или многократное снижение температуры беременного животного не безразлично для внутриутробного развития и приводит к существенной задержке роста и развития плода. Сразу после рождения температура окружающей среды Для ребенка снижается на 10-15 °С.

П. К. Анохин обратил внимание на то, что системы живых организмов не просто упорядочивают входящие в них отдельные элементы, но и объединяют их для осуществления отдельных жизненно важных функций. Такие системы получили название функциональных систем.

Системообразующим фактором функциональной системы любой степени сложности (по П. К. Анохину) являются полезные приспособительные результаты для системы и организма в целом. К ним относятся: 1) показатели внутренней среды (питательные вещества, кислород, температура, реакции крови, осмотическое и кровяное давление), то, что в значительной мере определяет уровень здоровья взрослых и детей; 2) результаты поведенческой и социальной деятельности, удовлетворяющие основные биологические потребности организма (пищевые, питьевые, оборонительные и т. д.) и социальные.

Рассмотрим отдельные узловые механизмы формирования функциональной системы, определяющей оптимальный для метаболизма уровень температуры тела. Она объединяет две подсистемы: подсистему внутренней эндогенной саморегуляции и подсистему поведенческой регуляции температуры тела [Макаров В. А., 1983]. Эндогенные механизмы саморегуляции за счет процессов теплопродукции и теплорегуляции определяют поддержание необходимой для метаболизма температуры тела. Однако в отдельных условиях действия этих механизмов становятся недостаточными. Тогда на основе первичных изменений внутри организма рождается мотивация к изменению положения организма во внешней среде и возникает поведение, направленное на восстановление температурного оптимума организма.

Принципиальная архитектура функциональной системы, поддерживающей температуру тела на оптимальном для метаболизма уровне, представлена на рис. 2. Полезным приспособительным результатом данной функциональной системы является температура крови, которая, с одной стороны, обеспечивает нормальное течение обменных процессов в организме, а с другой стороны, сама определяется интенсивностью процессов метаболизма.

Для нормального течения метаболических процессов гомойотермные животные, в том числе и человек, вынуждены поддерживать температуру тела на относительно постоянном уровне. Измерение температуры в течение дня позволяет определить ее суточные колебания с наивысшим уровнем в 12-16 ч и низшим - в 2-4 ч. Эти колебания идут параллельно с функциональными сдвигами процессов кровообращения, дыхания, пищеварения и др. и отражают, таким образом, суточные колебания жизнедеятельности организма, обусловленные биологическими ритмами. Благодаря механизмам саморегуляции необходимая для обмена веществ температура поддерживается уже в крови. Температура крови и ее малейшие изменения немедленно воспринимаются терморецепторами сосудов или клетками гипоталамической области. В случае повышения температуры крови усиливаются процессы теплоотдачи за счет расширения сосудов, усиления потери тепла конвекцией, излучением и др. Одновременно с этим наблюдается торможение процессов теплопродукции.

При повышении температуры крови усиливаются процессы теплопродукции за счет мышечной деятельности, дрожи, усиления клеточного метаболизма. Наряду с этим тормозятся процессы теплоотдачи, что и приводит к восстановлению температуры крови. Данная функциональная система находится в постоянных взаимоотношениях с внешней средой посредством действия внешней температуры на терморецепторы кожи.

Сниженная температура среды через раздражение рецепторов кожи и легких может стимулировать центры иннервации скелетных мышц и способствовать возникновению так называемого терморегуляционного мышечного тонуса. Как представлены адаптивные механизмы поддержания постоянной температуры тела у взрослого и растущего организма?

Существенное значение в терморегуляции как у взрослых, так и у детей принадлежит скелетной мускулатуре. Однако в детском возрасте значение скелетной мускулатуры в качестве фактора теплопродукции меньше, чем у взрослых, поскольку у взрослых больше масса мускулатуры. Она составляет 40 %, в то время как у детей - на 10 % меньше.

Большая роль в теплопродукции отводится печени, кишечнику, причем тем большая, чем меньше возраст ребенка. Хорошо известно, что сокращение мышцы сопровождается освобождением тепла. Однако химическая терморегуляция может проявляться и при отсутствии сократительной деятельности мышц. Это явление получило название "химический тонус", "бездрожевой", "несократительный термогенез".

В настоящее время показано, что функциональная система терморегуляции включает в себя корковый и гипоталамический отделы мозга [Hemingway А., 1963]. Закаливание изменяет в целом деятельность нервной системы и эндокринного аппарата, приводит к формированию новых условных рефлексов [Минх А. А., 1980].

Как уже было сказано, начальные стадии адаптации к холоду обязаны усилению теплообразования за счет возрастания мышечной активности. Далее дрожевая активность меняется на несократительный термогенез, связанный с возникновением свободного окисления.

Таким образом, если на уровне целостного организма адаптация к холоду вызывает возбуждение симпатического отдела нервной системы, то на уровне клетки адаптивные изменения приводят к увеличению свободного окисления. Это ведет к падению концентрации макроэргов, увеличению потенциала фосфорилирования, мобилизации гликолиза, что в конечном итоге направлено на увеличение активности генетического аппарата клеток и увеличение количества митохондрий [Меерсон Ф. 3., 1973].

Адаптация к низкой температуре среды предполагает не только увеличение теплопродукции, что обеспечило бы растущему организму выживание, но и сохранение или увеличение рабочих возможностей организма в среде. Иными словами, адаптация к холоду предполагает высокий уровень разобщения окисления и фосфорилирования - возрастание мощности системы разобщения.

Установлено, что адаптация к холоду в раннем постнатальном возрасте может привести к увеличению рабочих возможностей сердечно-сосудистой системы. При этом возрастает содержание миоглобина как в сердце, так и в скелетных мышцах [Празников В. П., 1972]. Во время адаптации взрослого организма к холоду происходит увеличение концентрации катехоламинов и, в частности, норадреналина в плазме крови и моче. Чувствительность организма к адреналину и норадреналину во время адаптации к холоду существенно возрастает и становится большей, чем у неадаптированных к холоду животных [Меерсон Ф. 3., Гомазков О. А., 1970]. Еще большая чувствительность к холоду имела место у животных раннего возраста. При фармакологическом выведении катехоламинов из тканей и крови животных раннего возраста происходит резкое снижение адаптивной устойчивости к холоду.

Адаптация детского организма к сниженной температуре среды в целях увеличения устойчивости, резистентности по отношению к переохлаждению и возникновению заболеваний может быть рассмотрена на примере временных холодовых экспозиций, а также на "модели" адаптации детей к условиям Севера. При этом имеется в виду изыскание оптимальных условий проведения различных приемов закаливания в условиях средней полосы и Севера. С другой стороны, адаптация детей к Европейскому и Азиатскому Северу вскрывает те факторы риска, которые могут встретиться при чрезмерной адаптации, при чрезмерном закаливании ребенка к холоду в средней полосе или даже на юге. Чрезмерная адаптация ведет, как правило, к "полому" возможностей сопротивления организма к ряду средовых воздействий и возникновению заболеваний.

79. Сенсорные системы человека являются частью его нервной системы, способной воспринимать внешнюю для мозга информацию, передавать ее в мозг и анализировать. Получение информации от окружающей среды и собственного тела является обязательным и необходимым условием существования человека. Термин «сенсорные (лат. sensus — чувство) системы» сменил название «органы чувств», сохранившееся только для обозначения анатомически обособленных периферических отделов некоторых сенсорных систем (как, например, глаз или ухо). В отечественной литературе в качестве синонима сенсорной системы применяется предложенное И. П. Павловым понятие «анализатор», указывающее на функцию сенсорной системы. Все сенсорные системы состоят из периферических рецепторов, проводящих путей и переключательных ядер, первичных проекционных областей коры и вторичной сенсорной коры. Сенсорные системы организованы иерархически, т. е. включают несколько уровней последовательной переработки информации. Низший уровень такой переработки обеспечивают первичные сенсорные нейроны, которые расположены в специализированных органах чувств или в чувствительных ганглиях и предназначены для проведения возбуждения от периферических рецепторов в центральную нервную систему. Периферические рецепторы — это чувствительные высокоспециализированные образования, способные воспринять, трансформировать и передать энергию внешнего стимула первичным сенсорным нейронам. Центральные отростки первичных сенсорных нейронов оканчиваются в головном или спинном мозге на нейронах второго порядка, тела которых расположены в переключательном ядре. В нем имеются не только возбуждающие, но и тормозные нейроны, участвующие в переработке передаваемой информации. Представляя более высокий иерархический уровень, нейроны переключательного ядра могут регулировать передачу информации путем усиления одних и торможения или подавления других сигналов. Аксоны нейронов второго порядка образуют проводящие пути к следующему переключательному ядру, общее число которых обусловлено специфическими особенностями разных сенсорных систем. Окончательная переработка информации о действующем стимуле происходит в сенсорных областях коры. Сенсорные системы человека обеспечивают: 1) формирование ощущений и восприятие действующих стимулов; 2) контроль произвольных движений; 3) контроль деятельности внутренних органов; 4) необходимый для бодрствования человека уровень активности мозга.

Ощущение представляет собой субъективную чувственную реакцию на действующий сенсорный стимул (например, ощущение света, тепла или холода, прикосновения и т. п.). Однородные сенсорные стимулы активируют одну из сенсорных систем и вызывают субъективно одинаковые ощущения, совокупность которых обозначается термином модальность. Самостоятельными модальностями являются осязание, зрение, слух, обоняние, вкус, чувство холода или тепла, боли, вибрации, ощущение положения конечностей и мышечной нагрузки. Внутри модальностей могут существовать разные качества, или субмодальности; например, во вкусовой модальности различают сладкий, соленый, кислый и горький вкус. На основе совокупности ощущений формируется чувственное восприятие, т. е. осмысление ощущений и готовность их описать. Восприятие не является простым отражением действующего стимула, оно зависит от распределения внимания в момент его действия, памяти о прошлом сенсорном опыте и субъективного отношения к происходящему, выражающегося в эмоциональных переживаниях. Сенсорное восприятие включает следующие этапы: 1) действие раздражителя на периферические рецепторы; 2) преобразование энергии стимула в электрические сигналы — потенциалы действия, возникающие в первичном сенсорном нейроне; 3) последующую переработку передаваемых сигналов на всех иерархических уровнях сенсорной системы; 4) возникновение субъективной реакции на раздражитель, представляющей собой восприятие или внутреннее представительство действующего стимула в виде образов или словесных символов. Указанная последовательность соблюдается во всех сенсорных системах, отражая иерархический принцип их организации.

80-82.РЕЦЕПТОРНЫЙ (ПЕРИФЕРИЧЕСКИЙ) ОТДЕЛ

Фоторецепторы:

– палочковые нейросенсорные клетки (6–7 млн) – рецепторы, воспринимающие световые лучи в условиях слабой освещенности, т.е. бесцветное или ахроматическое зрение

– колбочковые нейросенсорные клетки (110–125 млн) – функционируют в условиях яркой освещенности и характеризуются разной чувствительностью к спектральным свойствам света (цветное или хроматическое зрение).

Их различия – в основе феномена двойственности зрения.

Палочки и колбочки состоят из 2-х сегментов – наружного и внутреннего, которые соединяются между собой посредством узкой реснички.

Место выхода зрительного нерва – без фоторецепторов = «слепое пятно».

Латерально от него (в области ямки) – участок наилучшего видения – «желтое пятно» (преимущественно с колбочками).

К периферии сетчатки число колбочек уменьшается, а число палочек возрастает.

Периферия сетчатки – только палочки.

Фоторецепторы обладают очень высокой чувствительностью (1–2 кванта света

Фотохимические процессы в сетчатке глаза.

В рецепторных клетках сетчатки – светочувствительные пигменты (сложные белковые вещества) – хромопротеиды, которые обесцвечиваются на свету.

В палочках на мембране наружных сегментов содержится родопсин, в колбочках – йодопсин.

Различаются тем, что максимум поглощения находится в различных областях спектра:

– палочки – в области 500 нм;

– колбочки (3 вида, т.к. 3 типа зрительных пигментов) – в синей части спектра (430–470 нм); в зеленой (500–530 мн); в красной (620–750 мн).

Фотохимические процессы в сетчатке протекают весьма экономно.

Даже при действии яркого света расщепляется только небольшая часть имеющегося в палочках родопсина (около 0,006%).

В темноте – ресинтез пигментов (с поглащением энергии). Восстановление йодопсина в 530 раз быстрее, чем родопсина.

При постоянном и равномерном освещении – равновесие между скоростью распада и ресинтеза пигментов.

Когда кол-во света ¯ – динамическое равновесие нарушается и сдвигается в сторону более высоких концентраций пигмента à феномен темновой адаптации.

Куриная слепота – нарушение сумеречного зрения (в организме мало витамина А à процесс ресинтеза родопсина ослабевает).

Особое значение в фотохимических процессах имеет пигментный слой сетчатки, который образован эпителием, содержащим фусцин.

Этот пигмент поглощает свет, препятствуя отражению и рассеиванию его à четкость зрительного восприятия.

Отростки пигментных клеток окружают светочувствительные членики палочек и колбочек, принимая участие в обмене веществ фоторецепторов и в синтезе зрительных пигментов.

Фотохимические процессы в фоторецепторах глаза + действие света à рецепторный потенциал (гиперполяризация мембраны рецептора).

РП à активация др. рецепторов à деполяризация их мембран.Амплитуда зрительного рецепторного потенциала увеличивается при увеличении интенсивности светового стимула (т.е. амплитуда зависит от воспринимаемого цвета, т.к. RGB – отличаются по длине волны = интенсивности (пр: R – в центре сетчатки; B – на периферии)).

Синаптические окончания фоторецепторов конвергируют (сходятся) на биполярные нейроны сетчатки. При этом фоторецепторы центральной ямки связаны только с одним биполяром.