2.4. Перенос теплоты в живых организмах. Термометрия

Благодаря теплопродукции температура тела у теплокровных животных обладает постоянством и не зависит от внешней среды. Только при длительном охлаждении тела температура его может понижаться.

Живые организмы в ходе эволюции выработали механизмы, которые могут повышать или понижать температуру, увеличивать или повышать теплообмен. Показано, что при охлаждении животного в его клетках увеличивается скорость гидролиза АТФ и в мышцы поступает дополнительная энергия. Возникающее при этом беспорядочное сокращение отдельных групп мышечных волокон мы называем дрожью. При повышении температуры среды в организме возникают процессы, которые приводят в действие термопонижающие центры, в результате чего происходит расширение кровеносных сосудов, увеличивается потоотделение, учащается дыхание. Чувствительностью элементного механизма, ответственного за поддержание постоянной температуры тела, служат два центра в гипоталамусе. Один из них реагирует на повышение температуры, другой - на ее понижение. Перенос тепла осуществляется потоком крови. Тепло оказывает благоприятное влияние на организм:

1) увеличивается поступление кислорода в ткани;

2) происходит увеличение тока лимфы;

3) облегчается поступление крови в ткань;

4) наблюдается ускорение реакции защитных механизмов крови против инфекции;

5) увеличивается локальная стимуляция защитных механизмов ткани.

Точные измерения температур являются неотъемлемой частью научно-исследовательских и технических работ. Диапазон температур очень широкий. Самая низкая температура приближается к абсолютному нулю. Верхний предел не ограничен. Наибольшая температура достигнута в земных условиях при взрыве водородной бомбы и составляет 10⁸ К. Температурный интервал окружающей среды, в которой могут длительно или кратковременно находиться биологические системы, сохраняя способность к функционированию, невелик (приблизительно от 0 до 90°С). Температура не может быть измерена непосредственно. Для ее измерения установили температурную шкалу и выбрали термометрическое вещество. Для этого выбирают две реперные точки, соответствующие температурам фазовых переходов, например: плавления льда, кипения воды и т.д.; участок шкалы между этими точками называется основным интервалом. За начало отсчета принимают одну из реперных точек (например, 0 °С температуру таяния льда). 1 °С составляет 0,01 доля основного интервала. Температурные шкалы различают по термическому свойству или веществу. Независимо от свойств и веществ, температурная шкала построена на основе второго начала термодинамики и названа термодинамической шкалой температур. Единицей термометрической шкалы является Кельвин. 1К=1/273,160,01 ºС температуры тройной точки чистой воды. Любая эмпирическая шкала всегда приводится к термометрической. Для измерения температур используют: термометр, термопару, термистор, пирометры.

Термометры — это устройства для измерения температуры. Они состоят из чувствительного элемента, в котором реализуется термометрическое свойство, и измерительного прибора.

Используемый в медицине ртутный термометр указывает максимальную температуру и называется максимальным термометром. Эта особенность обусловлена его устройством — резервуар с ртутью отделен от градуированного капилляра волосяным сухожилием, которое не позволяет ртути при охлаждении термометра возвратиться в резервуар. Существует минимальный термометр, который показывает наименьшую температуру, наблюдаемую за длительный промежуток времени. Для измерения температуры с большой точностью в небольшом интервале значений служит статический термометр. Цена деления такого термометра равна 0,01 °С.

В медицине, с целью местного нагревания или охлаждения, применяют нагретые или охлажденные тела. Для этого выбирают доступные среды, физические свойства которых обусловливаются их назначением:

1) должны иметь большую удельную теплоемкость (вода, грязи) для длительного эффекта;

2) не должны вызывать болезненных ощущений;

3) если удельная теплоемкость низкая, такое вещество нагревают до большой температуры, лишь бы оно не вызывало раздражений (например, парафин нагревают до 70 °С).

Парафин и озокерит получают из отходов парафинированной нефти. Их используют при высокой температуре (до 80 °С) без риска ожога кожи. Это объясняется тем, что непосредственно соприкасающийся с кожей слой парафина быстро остывает (до 45 °С) и, вследствие малой теплопроводности, защищает кожу от соприкосновения с остальными его слоями. Значительное количество тепла выделяется при отвердении парафина, при этом масса парафина сжимается и умеренно сдавливает лежащие под ним ткани, устраняя избыточное расширение кровеносных сосудов. Аналогичным свойством обладает озокерит. Парафино-озокеритолечение широко применяется при лечении радикулитов и других заболеваний.

В качестве охлаждающего средства используют лед. В последнее время в медицине широко используются низкие температуры.

Криогенный метод разрушения ткани при замораживании и размораживании используется для удаления миндалин, бородавок и т.д. Для этого создаются специальные криогенные аппараты и криозонды. В связи с применением низких температур в медицине появились новые направления: криогенная медицина, криотерапия, криохирургия (крио- от греч. «холод» - относящийся к низким температурам).