Терморегуляция

1. Постоянство температуры внутренней среды организма как необходимое условие нормального протекания метаболических процессов. Функциональная система, обеспечивающая поддержания постоянства температуры внутренней среды организма.

Температура тела многих животных изменяется в зависимости от температуры окружающей среды

По механизмам и режимам обеспечения био­логически оптимальной температуры тела организмы делятся на пойкилотермные, гомойотермные и гетеротермные.

Пойкилотермные организмы (от греч. poikilos — изменчивый) не способны поддер­живать температуру тела на постоянном уров­не, так как они вырабатывают мало тепла.

Гомойотермные организмы (от греч. ho-meo — подобный, одинаковый), к которым относится и человек, отличаются относительным постоянством температуры тела, незначительно меняющейся в течение суток. Постоянная температуры тела является важным преимуществом, лежащим в основе «свободной, зависимой жизни» (К.Бернар).

Гетеротермные организмы (от греч ros — другой) - зимней спячки некоторых гомойотермных животных, а также для млекопитающих и птиц с очень малыми размерами тела.

Возможность протекания жизненных про­цессов в животном организме ограничена довольно узкими пределами колебаний тем­пературы внутренней среды — от 0 до 45— 50 °С. Высшие млекопитающие животные могут переносить температурные колебания внутренней среды в еще более узком диапазоне — от 25 до 43 °С, за пределами которого жизнь невозможна.

У нас пойкилотермная оболочка и гомойотермное «ядро» !

При повышении температуры выше 43 градусов происходит денатурация белка – необратимое явление.

Температурный фактор определяет ско­рость протекания ферментативных процессов, всасывания, проведения возбуждения и мышечного сокращения.

Изотермия - постоянство температуры тела - имеет для организма большое значение, т. к. она, во-первых, обеспечивает независимость обменных процессов в тканях и органах от колебаний температуры окружающей среды; во-вторых, обеспечивает температурные условия для оптимальной активности ферментов.

А. Терморецепция осуществляется свободны­ми окончаниями тонких сенсорных волокон типа А (дельта) и С. Существуют терморецеп­торы периферические (в коже, подкожных. тканях, скелетных мышцах и внутренних ор­ганах) и центральные, локализованные в цнс.

В спинном и среднем мозге, а также в гипоталамусе (более всего в его медиальной преоптической области) найдены центральные терморецепторы, называемые также термосенсорами. Например, при нагревании преоптической области гипоталамуса немедлен­но увеличивается потоотделение, расширя­ются сосуды кожи, при этом теплопродукция уменьшается. Учащение разрядов тепловых нейронов предшествует повышению частоты дыхания, при котором также растет теплоотдача. С задним гипоталамусом в свою оче­редь связаны термочувствительные структуры среднего и спинного мозга. Таким образом, центральные аппараты функциональной системы терморегуляции имеют большое число входных каналов.

Б. Центр терморегуляции. Ведущую роль в терморегуляции играют структуры гипоталамуса, что было доказано методом перерезок мозга. Так, у кошки перерезка ростральнее гипоталамуса не приводит к существенным изменениям терморегуляции, но после нарушения связей гипоталамуса со средним мозгом животные практически теряют способ­ность изменять теплопродукцию и теплоотдачу при температурном раздражении.

Предполагается наличие в гипоталамусе трех видов терморегуляторных нейронов: 1) афферентных нейронов, принимающих сигналы от периферических и центральных терморецепторов; 2) вставочных, или интер­нейронов; 3) эфферентных нейронов, аксоны которых контролируют активность эффекторов системы терморегуляции.

От периферических терморецепторов ин­формация поступает в передний гипоталамус — его медиальную преоптическую область. Здесь происходит сравнение полученных с периферии сигналов с активностью центральных термосенсоров, отражающих температурное состояние мозга.

На основе интеграции информации этих двух источников задний гипоталамус обеспечивает выработку сигналов, управляющих процессами теплопродукции и теплоотдачи

Высшие структуры головного мозга, в частности новая кора, также принимают участие в терморегуляции. Доказана роль условнорефлекторного механизма в организа­ции опережающих вегетативных и поведен­ческих реакций, направленных на поддержа­ние оптимальной величины температурной константы организма по опережению. В развитии индивидуальной устойчивости к холоду важную роль может играть импринтинг — ранняя форма памяти.

В. Эфферентные пути терморегуляции. Регуляция теплопродукции осуществляется соматической нервной системой, запускающей сократительные терморегуляторные реакции, и симпатической нервной системой, активирующей несократительную теплопродукцию. При фармакологической блокаде бета-адрено-рецепторов участие недрожательного механизма теплопродукции исключается. Норадреналин, освобождаемый симпатическими нервными окончаниями, стимулирует выделение из бурой жировой ткани свободных жирных кислот и последующее включение их в метаболические реакции. Выделение катехоламинов из надпочечников вызывает те же эффекты. В результате усиливается рассогласование процессов окисления и фосфорилирования, повышается выделение первичного тепла.

Участие гуморальных механизмов терморегуляции особенно значительно при адаптации к повторным изменениям температуры среды.

2. Температура человека и ее суточные колебания. Температура различных участков кожных покровов и внутренних органов. Нервные и гуморальные механизмы терморегуляции.

Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном уровне, не смотря на колебания температуры окружающей среды. Это постоянство температуры тела носит название изотермии. Свойственна только теплокровным животным. В процессе онтогенеза развивалась постепенно. Температура органов и тканей, как и всего организма в целом зависит от интенсивности образования тепла и от величины теплопотери. Теплообразование происходит вследствие непрерывно совершающихся экзотермических реакций. Эти реакции протекают во всех органах и тканях, но не одинаково интенсивно. В тканях и органах, производящих активную работу, в мышечной ткани, печени, почках выделяется большее количество тепла, чем в менее активных (соединительная ткань, кости, хрящи). Потеря тепла органами и тканями зависит в большей степени от их места расположения. Поверхностно расположенные органы, например, кожа, скелетные мышцы отдают больше тепла и охлаждаются сильнее, чем внутренние органы, которые более защищены от охлаждения. Температура разных органов различна. Печень имеет более высокую и постоянную температур 37,8 – 38 градусов по сравнению с кожей, температура которой значительно выше. На покрытых одеждой участках температура будет 29,5-33,9 и в большей мере зависит от окружающей среды. Изотермия присуща внутренним органам и головному мозгу. На различных участках кожной поверхности имеется неодинаковая температура. Обычно относительно выше температуры кожи туловища и головы, здесь она составляет от 33-34 градусов. Температура конечностей ниже, при чем она наиболее низкая в дистальных отделах. По температуре тела человека обычно судят на основании измерения её в подмышечной впадине, где она равна 36,5-36,9. У грудных детей измеряют температуру тела в прямой кишке, где она выше и у здорового человека она будет равна 37,2 – 37,5 градусов. Температура тела не остается постоянной, а колеблется в течении суток в пределах от 0,5 – 0,7 градуса. Такой сон понижает температуру, а мышечная деятельность повышает. Максимальная температура тела наблюдается от 4-6 часов вечера, а минимальная с 3-4 часов утра. Постоянство температуры тела у человека может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма. Это достигается с помощью физиологических механизмов терморегуляции. Терморегуляция проявляется в форме взаимосочетания процессов теплообразования и теплоотдачи, регулируемых нервно-эндокринным путем.

Терморегуляцию принято разделять на химическую и физическую. Постоянство температуры тела обеспечивается теплопродукцией (химическая терморегуляция) и теплоотдачей (физическая терморегуляция). Система терморегуляции включает тепловой центр, который располагается в гипоталамусе. Большое количество термочувствительных нервных клеток в различных отделах ЦНС, располагаются они от коры головного мозга до спинного мозга, терморецепторы внутренних органов, слизистых оболочек и кожи соответствующими нервными проводящими путями. Эфферентные нервные пути и эффекторные органы в виде кожных сосудов, эндокринных и потовых желез и скелетных мышц. При угрозе перегревания организма происходит расширение кожных сосудов, увеличивается потоотделение и теплоотдача. Отклонение средней температуры внутренних областей тела и крови, мышц, наружных покровов зависят или вызывают усиленную импульсацию термочувствительных нервных клеток и терморецепторов. Импульсы достигают центра терморегуляции в гипоталамусе, где формируется сигнал к эффекторным отделам мозга и в частности коры больших полушарий, что позволяет организму на основе общей температуры использовать сложные реакции поведенческой терморегуляции.

3. Теплопродукция. Обмен веществ как источник образования тепла. Роль отдельных органов в теплопродукции, регуляция этого процесса.

Температура тела определяется соотноше­нием двух процессов — теплопродукции и теплоотдачи.

Химическая терморегуляция — это изменения интенсивности метаболических экзотермических реакций, в ходе которых образуется тепло. При действии на организм человека холода образование тепла может повыситься в 3—5 раз.

Различают сократительную и несократительную теплопродукцию.

А. Сократительная теплопродукция связана с произвольными и непроизвольными сокращениями скелетных мышц.

1) Произвольные сокращения могут привести к многократному увеличению теплообразова­ния, при этом повышаются и теплопотери за счет усиления отдачи тепла конвекцией (см. ниже). Следовательно, произвольные мышечные сокращения представляют собой слишком расточительный способ повышения теплопродукции.

2)Одним из видов непроизвольной теплопродукции является дрожь — специфический тип мышечного сокращения, возникающий у человека при значительном снижении темпера­туры внешней среды организма и повышаю­щий образование тепла в несколько раз. В отличие от теплообразования при произвольных мышечных сокращениях теплообразование при дрожи является экономным способом теплопродукции, так как особый тип сократительной активности высокопороговых двигательных единиц при дрожи обеспе­чивает переход в тепловую энергию почти всей энергии мышечного сокращения.

Другим видом непроизвольной теплопродукции являются терморегуляторные тонические сокращения 3) (терморегуляторный тонус), развивающиеся в области мышц спины, шеи и в некоторых других областях. Теплопродукция при этом возрастает при­мерно на 40—50 %. Терморегуляторные тонические сокращения скелетных мышц начинаются при снижении температуры внешней среды примерно на 2 °С относительно уровня комфорта. Такие сокращения имеют характер зубчатого тетануса, близкого к режиму одиночных сокращений. Терморегуляторный тонус является более тонким средством повышения теплопродукции, чем два предыдущих. При многократном периодическом действии холода формируются изменения тканевых структур — структурный след адаптации, в результате реакции организма на острое охлаждение становятся более эффективными.

Б. Несократительный термогенез также является механизмом химической терморегуляции, значительно выраженным в адаптированном к холоду организме. Доля такого механизма в обеспечении прироста теплопродукции на холоде может составлять 50—70 ^%. Развивается это явление в различных тканях

А) в скелетных мышцах за счет разобщения процессов окислительного фосфорилирования.

Б)в печени

В) за счет специфического динамического действия пищи.

Специфическим субстратом такой теплопродукции считается бурая жировая ткань, после удаления которой устойчивость организма холоду существенно снижается. Масса бурой жировой ткани, обычно составляющая 1 — 2 % массы тела, при адаптации к холоду может увеличиваться до 5 % массы тела. Уровень энергетического обмена данной ткан; выраженный на единицу массы, более чем втрое превышает уровень работающих мышц_ скорость окисления жирных кислот в буро; жировой ткани в 20 раз превышает эту ско­рость в белой жировой ткани.

4. Теплоотдача. Способы отдачи тепла с поверхности тела. Физиологические механизмы теплоотдачи.

Теплоотдача осуществляется следующими путями:

* излучением (радиацией);

* проведением (кондукцией);

* конвекцией;

* испарением.

Теплоизлучение (радиация) обеспечивает отдачу тепла организмом окружающей его среде при помощи инфракрасного излучения с поверхности тела. Путем радиации организм отдает большую часть тепла. В состоянии покоя и в условиях температурного комфорта за счет радиации выделяется более 60% тепла, образующегося в организме.

Теплопроведение происходит при контакте с предметами, температура которых ниже температуры тела. Путем теплопроведения организмом теряется около 3% тепла.

Конвекция обеспечивает отдачу тепла прилегающему к телу воздуху или жидкости. В процессе конвекции тепло уносится от поверхности кожи потоком воздуха или жидкости. Путем конвекции организмом отдается около 15% тепла.

Отдача тепла организмом осуществляется также путем испарения воды с поверхности кожи и со слизистых оболочек дыхательных путей в процессе дыхания. Испарение воды с поверхности тела происходит при выделении пота. Даже в условиях температурного комфорта и при отсутствии видимого потоотделения через кожу испаряется до 0,5 л воды в сутки. Испарение 1 л пота у человека может понизить температуру тела на 10 "С. Путем испарения из организма удаляется около 20% тепла. При температуре окружающей среды, равной или выше температуры тела человека, когда другие способы отдачи тепла резко уменьшаются, испарение воды становится главным способом отдачи тепла. Отдача тепла испарением уменьшается при увеличении влажности воздуха и полностью прекращается при 100% относительной влажности

Испарения бывает ощутимое ( больше 400 мл) и неощутимое( до 400 мл со слизистых дыхательных путей).

_{ФИЗИОЛОГИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ.}

1. Выделение как один из компонентов сложных функциональных систем, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма. Органы выделения, их участие в поддержании важнейших параметров внутренней среды.

Выделение – освобождение организма от конечных продуктов обмена, чужеродных веществ, вредных продуктов, токсинов, лекарственных веществ и др. В результате обмена веществ в организме образуются конечные продукты, которые не могут дальше использоваться организмом и поэтому должны удаляться из него. Часть этих продуктов является токсичными для органов выделения, поэтому в организме сформировались механизмы, направленные на превращение этих вредных веществ в безвредные или менее вредные для организма. К органам выделения относятся: почки, легкие, ЖКТ, потовые железы.

Функции:

1. удаление продуктов обмена

2. участие в поддержании постоянства внутренней среды организма.

3. участие органов выделения в поддержании водно-солевого баланса.

Вода в организме выполняет важные функции: она создает среду, в которой протекают все метаболические процессы, она является частью структуры клетки. В выделении продуктов метаболизма принимают участие почки, потовые железы, легкие, желудок и кишечник. В результате деятельности органов выделения из организма выводятся: вода, диоксид углерода, конечные продукты белкового обмена, продукты неполного окисления жиров и углеводов, неорганические соединения и другие вещества.