Химическая терморегуляция. Теплопродукция

Постоянство температуры тела у человека достигается за счет уравновешенности (баланса) процессов теплопродукции и теплоотдачи. Эти процессы регулируютсянервно-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) – около40%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 термогенезуотносятсятерморегуляционный 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. Развиваетсяв 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 имеетспецифически-динамическое действиепищи. 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. Находитсявокруг шеи и в межлопаточной области, в средостении около аорты, крупных вен и симпатической цепочки.Масса бурой жировой ткани обычно составляет 1-2% массы тела, при адаптации к холоду может увеличиваться до 5%. Несмотря на минимальное содержание бурого жира, в нем может генерироваться 1/3 всего образующегося в организме тепла. Уровень энергетического обмена данной ткани, выраженный на единицу массы, более чем втрое превышает уровень работающих мышц; скорость окисления жирных кислот в бурой жировой ткани в 20 раз превышает эту скорость в белой жировой ткани.Бурому жиру принадлежит важная роль в адаптации к низким температурам. В бурой жировой ткани значительнобольше митохондрий, чем в белой жировой. Цвет обусловленбольшим 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. Приэтом происходит свободное (холостое) окисление – отсутствуют синтез и распад АТФ. Цель – получение теплоты.Энергетическая ценность бурого жира определяется белкомтермогенином (расположенным на внутренней поверхности мембраны митохондрий)–по аминокислотному составу он идентичен АТФ/АДФ антипортеру, осуществляющему перенос АТФ и АДФ через мембраны митохондрий.