Функциональная система, обеспечивающая постоянство внутренней среды.
Функциональная система, определяющая оптимальную для метаболизма температуру тела, объединяет две подсистемы: внутренней эндогенной саморегуляция и целенаправленного поведения. Эндогенные механизмы саморегуляция за счет процессов теплопродукции и тепловыделения определяют поддержание необходимой для метаболизма температуры тела. Функциональная система:
Полезный приспособительный результат: Показатель, ради которого работает данная функциональная система — температура крови. С одной стороны, она обеспечивает нормальное течение процессов метаболизма, а с другой — сама определяется их интенсивностью.
Для нормального течения метаболических процессов гомойотермные животные, в том числе и человек, вынуждены поддерживать температуру тела на относительно постоянном уровне. Однако это постоянство условно. Температура различных органов подвержена колебаниям, границы которых зависят от времени суток, функционального состояния организма, теплоизоляционных свойств одежды и др.
Теплообразование и теплоотдача. Физиологические механизмы и физические фонометры.
В области латерально-дорсального гипоталамуса обнаружены центры теплообразования.
Электрическое раздражение соответствующих центров гипоталамуса вызывает у животных следующий синдром: 1) сужение поверхностных сосудов кожи. Вазоконстрикция достигается активацией симпатических центров заднего гипоталамуса; 2) пилоэрекцию- реакция выпрямления волос тела; 3) мышечную дрожь - увеличивает величину теплопродукции в 4–5 пять раз.
При снижении температуры окружающей среды эфферентная импульсация от нейронов заднего отдела гипоталамуса распространяется на α-мотонейроны спинного мозга. Эти влияния приводят к сокращению скелетных мышц. При сокращении мышц возрастает гидролиз АТФ. Вследствие этого увеличивается произвольная мышечная активность.
Одновременно при охлаждении возрастает так называемый терморегуляционный тонус мышц – микровибрация мышечных волокон. В результате теплопродукция возрастает на 20—45 % от исходного уровня. При более значительном охлаждении терморегуляционный тонус переходит в мышечную холодовую дрожь. Холодовая мышечная дрожь представляет собой непроизвольную ритмическую активность поверхностно расположенных мышц. В результате теплопродукция возрастает в 2—3 раза по сравнению с исходным уровнем.
Одновременно при охлаждении в скелетных мышцах, печени и буром жире активируются процессы окисления и снижается эффективность окислительного фосфорилирования.
Регуляция несократительного термогенеза осуществляется активацией симпатической нервной системы, гормонами щитовидной железы и мозгового слоя надпочечников.
В области передних ядер гипоталамуса обнаружены центры теплоотдачи. Разрушение этих структур приводит к тому, что животные утрачивают способность поддерживать постоянство температуры тела в условиях высокой температуры окружающей среды. Теплоотдачу (физическую терморегуляцию) определяют физические процессы: - перемещение теплого воздуха с поверхности тела путем контактной или дистантной конвекции; - теплоизлучение (радиация); - испарение жидкости с поверхности кожи и верхних дыхательных путей; - выделение мочи и кала.
Физическая терморегуляция осуществляется следующими путями.
Контактная конвекция — прямой обмен тепла между двумя объектами с разной температурой, находящимися в прямом контакте друг с другом.
Дистантная конвекция — переход тепла в поток воздуха, который движется около поверхности тела и, нагреваясь, заменяется новым, более холодным.
Радиация — отдача тепла путем излучения электромагнитной энергии в виде инфракрасных лучей.
Конвекция, теплоизлучение и испарение тепла прямо пропорциональны теплоемкости окружающей среды.
Теплоотдача зависит от объема поверхности тела. Известно, что многие животные на холоде сворачиваются в клубок, занимая меньший объем. Процессы конвекции, излучения и испарения тепла зависят от свойств кожного покрова. Шерстный покров кожи у животных препятствует теплоотдаче.
При действии высокой температуры сосуды расширяются, при действии низкой — суживаются. Эти реакции осуществляются за счет активации вегетативной нервной системы — парасимпатического отдела в первом случае и симпатического — во втором. В механизмах расширения сосудов кожи принимает участие брадикинин, который продуцируется потовыми железами через холинергические симпатические волокна.
Процессы теплоотдачи зависят от физических свойств окружающей среды. Наиболее сложно меняются процессы теплоотдачи так же, как и теплопродукции, в водной среде. Прохладная вода обладает наибольшей теплоемкостью. В воде исключается испарение. Одновременно вода оказывает физическое давление на покровы тела, происходит перераспределение массы тела. Температура воды оказывает раздражающее действие на рецепторы кожи и интерорецепторы.
Потоотделение. Наиболее существенным механизмом теплоотдачи является потоотделение. С 1 г пара организм теряет около 600 кал тепла. Потоотделение имеет существенное значение для поддержания оптимального уровня температуры тела в условиях повышенной температуры окружающей среды, особенно в жарких странах.
Взаимодействие центров терморегуляции. Между центрами теплоотдачи и центрами теплопродукции существуют реципрокные взаимоотношения. При усилении активности центров теплопродукции тормозится деятельность центров теплоотдачи и наоборот. При снижении температуры тела включается активность нейронов заднего гипоталамуса; при повышении температуры тела активируются нейроны переднего гипоталамуса.