Химическая терморегуляция. Теплопродукция

Постоянство температуры тела у человека достигается за счет уравновешенности (баланса) процессов теплопродукции и теплоотдачи. Эти процессы регулируются нервно-эндокринным путем.

Теплопродукция происходит непрерывно в процессе обмена веществ и зависит от индивидуальных особенностей организма (масса тела, рост, площадь поверхности тела, пол, возраст) температуры окружающей среды, интенсивности мышечной работы, характера питания, эмоционального состояния, кислородного обеспечения организма и т.д. Химическая терморегуляция имеет важное значение для поддержания температуры тела человека, как в нормальных условиях, так и при изменении температуры окружающей среды. Если температура окружающей среды становится ниже оптимальной температуры комфорта (18-20°С человек в легкой одежде; 28°С без одежды), усиливаются обменные процессы, увеличивается теплообразование. В условиях резкого падения температуры, если человек находится в неподвижном состоянии, рецепторы воспринимают холодовое раздражение, в результате возникают беспорядочные непроизвольные тонические сокращения мышц, которые проявляются в виде дрожи (озноба). Обменные процессы усиливаются, увеличиваются потребление кислорода и углеводов мышечной тканью.

Химическая терморегуляция (теплопродукция) осуществляется благодаря экзотермическим биохимическим реакциям, т.е. реакциям, идущим с выделением тепла.

Существуют два основных пути теплообразования:

1) при распаде АТФ (в основном при мышечном сокращении) – около 40% аккумулированной в ней энергии выделяется в виде тепла;

2) при свободном окислении углеводов (без образования АТФ), конечными продуктами которого являются вода и углекислота.

Таким образом, теплопродукция зависит от интенсивности обменных процессов и от мышечной работы.

Виды термогенеза:

• сократительный – обеспечивается терморегуляционной активностью мышц;

• несократительный – обеспечивается активацией специальных источников теплоты.

К сократительному термогенезу относятся терморегуляционный тонус и дрожь.

Терморегуляционный тонус – осуществляется на уровне отдельных двигательных единиц по типу низкочастотного (4 – 16 сокращений в сек) зубчатого тетануса, близкого к режиму одиночных сокращений. Так как они протекают асинхронно, внешне создается впечатление тонического напряжения мышцы. Развивается в мышцах шеи, туловища и сгибателей конечностей. Такая «топография» терморегуляционного тонуса определяет позу, уменьшающую поверхность теплоотдачи – «сворачивание в клубок».

Холодовая дрожь (хаотическое сокращение волокон скелетной мускулатуры) – характеризуется периодической залповой активностью высокопороговых двигательных единиц на фоне имеющегося терморегуляционного тонуса. Холодовая дрожь развивается при резком охлаждении, когда начинает падать внутренняя температура тела. При этом мышца в целом, развивая напряжение за счет сокращения отдельных ее элементов, работы не совершает, и практически вся энергия, выделившаяся при распаде АТФ, реализуется в тепловой форме.

Низкочастотные разряды двигательных единиц во время терморегуляционного тонуса и холодовой дрожи неэкономичны в смысле расхода энергии на каждое отдельное сокращение, поэтому сопровождаются высвобождением значительного количества теплоты. Искусственная имитация дрожи повышает теплообразование на 200% от исходного уровня. С другой стороны, в условиях ее выключения миорелаксантами при охлаждении тела его температура снижается более значительно.

Несократительный термогенез. В химической терморегуляции, кроме мышц, значительную роль играют печень и почки. Температура крови печеночной вены выше температуры крови печеночной артерии.

Тепло, выделяемое при ускорение обменных процессов и не связанное с сокращением мышц, называется недрожательным термогенезом. При этом важное значение имеет специфически-динамическое действие пищи. При распаде белков, жиров и углеводов происходит увеличение теплообразования.

Важнейшим источником несократительного термогенеза является бурая жировая ткань. Она имеется у млекопитающих малого размера, зимнеспящих животных и новорожденных, включая человека. Находится вокруг шеи и в межлопаточной области. Составляет около 5% массы тела, а у новорожденных и грудных детей (1-2% от массы тела). Несмотря на минимальное содержание бурого жира, в нем может генерироваться 1/3 всего образующегося в организме тепла. Бурому жиру принадлежит важная роль в адаптации к низким температурам. В бурой жировой ткани значительно больше митохондрий, чем в белой жировой. Цвет обусловлен большим количеством железосодержащих пигментов – цитохромов, являющихся важным звеном окислительной ферментативной митохондриальной системы. Скорость окисления жирных кислот в бурой жировой ткани в 20 раз выше, чем в белой. При этом происходит свободное (холостое) окисление – отсутствуют синтез и распад АТФ. Цель – получение теплоты. Энергетическая ценность бурого жира определяется белком термогенином (расположенным на внутренней поверхности мембраны митохондрий) – по аминокислотному составу он идентичен АТФ/АДФ антипортеру, осуществляющему перенос АТФ и АДФ через мембраны митохондрий.