Процесс обеспечивающий теплообмен организма человека. Способы осуществления терморегуляции организма человека
Обмен тепловой энергии между организмом и окружающей средой называется теплообменом . Один из показателей теплообмена - температура тела, которая зависит от двух факторов: образования тепла, то есть от интенсивности обменных процессов в организме, и отдачи тепла в окружающую среду.
Животные, температура тела которых изменяется в зависимости от температуры внешней среды, называются пойкилотермными , или холоднокровными. Животные с постоянной температурой тела называются гомойотермными (теплокровными). Постоянство температуры тела называется изотер мией . О на обеспечивает независимость обменных процессов в тканях и органах от колебаний температуры окружающей среды.
Температура тела человека.
Температура отдельных участков тела человека различна. Наиболее низкая температура кожи отмечается на кистях и стопах, наиболее высокая - в подмышечной впадине, где ее обычно и определяют. У здорового человека температура в этой области равна 36-37° С. В течение суток наблюдаются небольшие подъемы и спады температуры тела человека в соответствии с суточным биоритмом: минимальная температура отмечается в 2 - 4 ч ночи, максимальная - в 16-19 ч.
Т емпература мышечной ткани в состоянии покоя и работы может колебаться в пределах 7° С. Температура внутренних органов зависит от интенсивности обменных процессов. Наиболее интенсивно обменные процессы протекают в печени, которая является самым «горячим» органом тела: температура в тканях печени равна 38-38,5° С. Температура в прямой кишке составляет 37-37,5° С. Однако она может колебаться в пределах 4-5° С в зависимости от наличия в ней каловых масс, кровенаполнения ее слизистой и других причин. У бегунов на большие (марафонские) дистанции в конце состязаний температура в прямой кишке может повышаться до 39-40° С.
Способность поддерживать температуру на постоянном уровне обеспечивается за счет взаимосвязанных процессов – теплообразования и выделения тепла из организма во внешнюю среду. Если теплообразование равно теплоотдаче, то температура тела остается постоянной. Процесс образования тепла в организме получил название химической терморегуляции , процесс, обеспечивающий удаление тепла из организма, - физической терморегуляции .
Химическая терморегуляция. Тепловой обмен в организме тесно связан с энергетическим. При окислении органических веществ выделяется энергия. Часть энергии идет на синтез АТФ. Эта потенциальная энергия может быть использована организмом в дальнейшей его деятельности. Источником тепла в организме являются все ткани. Кровь, протекая через ткани, нагревается.
Повышение температуры окружающей среды вызывает рефлекторное снижение обмена веществ, вследствие этого в организме уменьшается теплообразование. При понижении температуры окружающей среды рефлекторно увеличивается интенсивность метаболических процессов и усиливается теплообразование. В большей степени увеличение теплообразования происходит за счет повышения мышечной активности. Непроизвольные сокращения мышц (дрожь) являются основной формой повышения теплообразования. Увеличение теплообразования может происходить в мышечной ткани и за счет рефлекторного повышения интенсивности обменных процессов - несократительный мышечный термогенез.
Физическая терморегуляция. Этот процесс осуществляется за счет отдачи тепла во внешнюю среду путем конвекции (теплопроведения), радиации (теплоизлучения) и испарения воды.
Конвекция - непосредственная отдача тепла прилегающим к коже предметам или частицам среды. Отдача тепла тем интенсивнее, чем больше разница температур между поверхностью тела и окружающим воздухом.
Теплоотдача увеличивается при движении воздуха, например при ветре. Интенсивность отдачи тепла во многом зависит от теплопроводности окружающей среды. В воде отдача тепла происходит быстрее, чем на воздухе. Одежда уменьшает или даже прекращает теплопроведение.
Радиация - выделение тепла из организма происходит путем инфракрасного излучения с поверхности тела. За счет этого организм теряет основную массу тепла. Интенсивность теплопроведения и теплоизлучения во многом определяется температурой кожи. Теплоотдачу регулирует рефлекторное изменение просвета кожных сосудов. При повышении температуры окружающей среды происходит расширение артериол и капилляров, кожа становится теплой и красной. Это увеличивает процессы теплопроведения и теплоизлучения. При понижении температуры воздуха артериолы и капилляры кожи суживаются. Кожа становится бледной, количество протекающей через ее сосуды крови уменьшается. Это приводит к понижению ее температуры, теплоотдача уменьшается, и организм сохраняет тепло.
Испарение воды с поверхности тела (2 /з влаги), а также в процессе дыхания (1/з влаги). Испарение воды с поверхности тела происходит при выделении пота. Даже при полном отсутствии видимого потоотделения через кожу испаряется в сутки до 0,5 л воды - невидимое потоотделение. Испарение 1 л пота у человека с массой тела 75 кг может понизить температуру тела на 10° С.
В состоянии относительного покоя взрослый человек выделяет во внешнюю среду 15% тепла путем теплопроведения, около 66% посредством теплоизлучения и 19% за счет испарения воды.
В среднем человек теряет за сутки около 0,8 л пота, а с ним 500 ккал тепла.
При дыхании человек также выделяет ежесуточно около 0,5 л воды.
При низкой температуре окружающей среды (15° С и ниже ) около 90% суточной теплоотдачи происходит за счет теплопроведения и теплоизлучения. В этих условиях видимого потоотделения не происходит.
При температуре воздуха 18-22° С теплоотдача за счет теплопроводности и теплоизлучения уменьшается, но увеличивается потеря тепла организмом путем испарения влаги с поверхности кожи. При большой влажности воздуха, когда испарение воды затруднено, может возникнуть перегревание тела и развиться тепловой удар .
Малопроницаемая для паров воды одежда препятствует эффективному потоотделению и может служить причиной перегревания организма человека.
В жарких странах, при длительных походах, в горячих цехах человек теряет большое количество жидкости с потом. При этом появляется чувство жажды, которое не утоляется приемом воды. Это связано с тем, что с потом теряется большое количество минеральных солей. Если добавить к питьевой воде соль, то чувство жажды исчезнет и самочувствие людей улучшится.
Центры регуляции теплообмена.
Терморегуляция осуществляется рефлекторно. Колебания температуры окружающей среды воспринимаются терморецепторами . В большом количестве терморецепторы располагаются в коже, в слизистой оболочке полости рта, верхних дыхательных путях. Обнаружены терморецепторы во внутренних органах, венах, а также в некоторых образованиях центральной нервной системы.
Терморецепторы кожи очень чувствительны к колебаниям температуры окружающей среды. Они возбуждаются при повышении температуры среды на 0,007° С и понижении - на 0,012° С.
Нервные импульсы, возникающие в терморецепторах, по афферентным нервным волокнам поступают в спинной мозг. По проводящим путям они достигают зрительных бугров, а от них идут в гипоталамическую область и к коре большого мозга. В результате возникают ощущения тепла или холода.
В спинном мозге находятся центры некоторых терморегуляторных рефлексов. Гипоталамус является основным рефлекторным центром терморегуляции. Передние отделы гипоталамуса контролируют механизмы физической терморегуляции, т. е. они являются центром теплоотдачи . Задние отделы гипоталамуса контролируют химическую терморегуляцию и являются центром теплообразования .
Важная роль в регуляции температуры тела принадлежит коре головного мозга . Эфферентными нервами центра терморегуляции являются главным образом симпатические волокна.
В регуляции теплообмена участвует и гормон альный механизм , в частности гормоны щитовидной железы и надпочечников. Гормон щитовидной железы - тироксин , повышая обмен веществ в организме, увеличивает теплообразование. Поступление тироксина в кровь возрастает при охлаждении организма. Гормон надпочечников - адреналин - усиливает окислительные процессы, увеличивая тем самым теплообразование. Кроме того, под действием адреналина происходит сужение сосудов, в частности сосудов кожи, за счет этого уменьшается теплоотдача.
Приспособление организма к пониженной температуре окружающей среды . При понижении температуры окружающей среды происходит рефлекторное возбуждение гипоталамуса. Повышение его активности стимулирует гипофиз , результатом чего является усиленное выделение тиреотропина и кортикотропина, повышающих активность щитовидной железы и надпочечников. Гормоны данных желез стимулируют теплопродукцию.
Таким образом, при охлаждении включаются защитные механизмы организма, повышающие обмен веществ, теплообразование и уменьшающие теплоотдачу.
Возрастные особенности терморегуляции. У детей первого года жизни наблюдается несовершенство механизмов. Вследствие этого при понижении температуры окружающей среды ниже 15° С возникает переохлаждение детского организма. На первом году жизни происходит уменьшение отдачи тепла посредством теплопроводности и теплоизлучения и увеличение теплопродукции. Однако до 2 лет дети остаются термолабильными (повышается температура тела после еды, при высокой температуре окружающей среды). У детей от 3 до 10 лет совершенствуются механизмы терморегуляции, но их неустойчивость продолжает сохраняться.
В препубертатном возрасте и в период полового созревания (пубертатный период), когда происходят усиленный рост организма и перестройка нейрогуморальной регуляции функций, усиливается неустойчивость терморегуляционных механизмов.
В пожилом возрасте наблюдается снижение образования тепла в организме по сравнению со зрелым возрастом.
Проблема закаливания организма. Во все периоды жизни необходимо закаливать организм. Под закаливанием понимают повышение устойчивости организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды и в первую очередь к охлаждению. Закаливание достигается путем использования естественных факторов природы - солнца, воздуха и воды. Они действуют на нервные окончания и сосуды кожи человека, повышают активность нервной системы и способствуют усилению обменных процессов. При постоянном воздействии природных факторов происходит привыкание к ним организма. Закаливание организма эффективно при соблюдении следующих основных условий: а) систематическое и постоянное применение естественных факторов; б) постепенное и систематическое увеличение длительности и силы их воздействия (закаливание начинать с использования теплой воды, постепенно снижать ее температуру и увеличивать время проведения водных процедур); в) закаливание с применением контрастных по температуре раздражителей (теплая - холодная вода); г) индивидуальный подход к закаливанию.
Применение
природных факторов
закаливания необходимо
сочетать с занятиями
физической культурой
и спортом. Хорошо
способствует закаливанию
утренняя гимнастика
на свежем воздухе или
в комнате при открытой
форточке с обязательным
обнажением значительной
части тела и последующими
водными процедурами (обливание,
душ). Закаливание является
наиболее доступным
средством оздоровления
людей.
Действительно, нарушение теплового равновесия возникает вследствие повреждения внутренних органов, задействованных в регуляции тепла.
В норме температура человека должна сохраняться в пределах 36,2-37 градусов. Терморегуляция организма человека – это возможность тела контролировать теплообмен, чтобы температура не превышала допустимого показателя. Тепловое равновесие достигается такими способами: путем изменения объема кровообращения и количества выделяемого пота, за счет биохимических процессов. При этом за нормализацию баланса отвечают все виды теплообмена сразу, отличается лишь степень их вовлеченности.
Механизм регулирования обмена
Теплообмен химическим способом осуществляется благодаря вырабатыванию энергии. В этот процесс вовлечены все органы особенно, когда через них проходит кровь. Максимальное количество энергии производится в полосатых поперечных мышцах и печени. Контроль баланса температуры тела за счет выброса тепловой энергии – это физическая регуляция тепла. Она осуществляется при помощи прямого обмена тепла с холодными предметами, воздухом, инфракрасным излучением. Сюда также можно включить дыхание и испарение пота с кожного покрова.
Как сохраняется тепловое равновесие
Внутренняя температура контролируется специальными чувствительными рецепторами. Большая часть их размещена в кожном покрове, слизистой рта, верхних дыхательных путях. Если условия внешней среды не соответствуют норме, рецепторы подают сигнал в головной мозг и появляется чувство перегрева или переохлаждения. Процессы выработки или отдачи тепла запускаются центром терморегуляции.
Стоит отметить, что механизмы образования энергии происходят также за счет определенных гормонов. Например, тироксин повышает производство тепла за счет ускорения обменных процессов. Адреналин имеет такое же действие, но оно осуществляется благодаря ускорению процессов окисления. К тому же адреналин сужает кровеносные сосуды в коже, что также способствует сохранению тепла.
Биохимический способ
Биохимическим путем тепловое равновесие достигается за счет увеличения процессов окисления, которые происходят в человеческом организме. Внешне такое явление проявляется дрожью в мышцах, которая появляется, если организм переохлажден. Как результат организму подается большее количество тепла для достижения равновесия. Если при понижении температуры внешней среды выработка тепла не осуществляется, то это указывает на нарушение баланса.
Усиление кровообращения
Нарушение равновесия тепла регулируется также изменением интенсивности объема подаваемой крови, которая переносит энергию от органов к поверхности тела. Кровообращение усиливается благодаря расширяющимся/сужающимся сосудам. Если температуру нужно уменьшить, происходит расширение. Для увеличения тепла – сужение. Объем подаваемой крови может меняться в тридцать раз, внутри пальцев – до шестисот раз.
Интенсивность выделения пота
Физическая регуляция теплообмена может происходить и за счет усиления выделения пота. В этом случае равновесие тепла достигается благодаря испарению. Механизмы испарительного охлаждения тела крайне важны для организма. К примеру, если температура окружающей среды находиться на показателе 36 градусов, теплообмен от человека во внешнюю атмосферу производиться преимущественно за счет выделения пота и его испарения.
Допустимый диапазон параметров внешней среды
При различных пределах параметров окружающей среды механизмы терморегуляции справляются с поддержанием теплового равновесия. При условиях воздушной среды, когда физическая терморегуляция определяет оптимальный уровень интенсивности обмена веществ у человека, не возникает напряженность и прочие негативные ощущения. Такие условия считаются оптимальными или комфортными.
Зона, в которой внешняя среда практически полностью забирает тепло, выделяемое организмом, но при этом механизмы регуляции держат температуру тела под контролем, считается допустимо комфортной.
Условия, при которых происходит нарушение теплового равновесия организма, считаются дискомфортными. Если механизмы терморегуляции работают в незначительном напряжении, то условия определяются, как допустимо дискомфортные. Такая среда характеризуется метеорологическими параметрами, не превышающими допустимой нормы.
Если параметры превышают установленные значения, то системы регуляции тепла работают в усиленном (напряженном) режиме. Такие условия вызывают ощутимый дискомфорт, происходит нарушение теплового баланса. Возникает переохлаждение тела или его перегрев, зависимо от того, в какую сторону нарушено тепловое равновесие, в плюс или минус.
Причины нарушения теплового баланса
Небольшие изменения выработки тепловой энергии и ее передачи в атмосферу возникают при физическом напряжении. Это не нарушение, так как в спокойном состоянии, в процессе отдыха, все процессы терморегуляции быстро приходят в норму.
Нарушение в тепловом обмене, как правило, появляется как следствие системных заболеваний, сопровождающихся воспалительными процессами в организме. Тем не менее ситуации, какие стали причиной сильного повышения температуры тела при воспалениях, неправильно считать патологическими.
Лихорадка и жар появляются, чтобы остановить рост клеток, пораженных бактериями, вирусами. По сути, данные структуры являются естественной защитной реакцией иммунитета, и лечение здесь не требуется.
Действительно, нарушение теплового равновесия возникает вследствие повреждения внутренних органов, задействованных в регуляции тепла – гипоталамуса, мозга (спинного и головного), гипофиза.
Физическая и биохимическая регуляция теплообмена нарушается, если имеется механические повреждения тела, образование опухолей, кровоизлияния. Дополнительно увеличивают нарушение болезни сердечно-сосудистой и эндокринной системы, сбои гормонального уровня, физический перегрев/переохлаждение.
Лечение патологии
Для восстановления корректного протекания механизмов теплорегуляции требуется соответствующее лечение, которое назначается после выяснения причин возникшего нарушения в выработке и отдаче тепловой энергии. Врач, прежде чем определить какое требуется лечение, выдаст направление к неврологу, порекомендует сдать лабораторные анализы и пройти назначенные медицинские исследования. Только такой подход позволит спланировать правильное лечение, которое поможет восстановить системы естественной терморегуляции.
Образование и отдача тепла организмом
Теплообразование, или теплопродукция, определяется интенсивностью обмена веществ. Регуляция теплообразования путем увеличения или уменьшения обмена веществ в клетках организма обозначается как химическая терморегуляция . Вырабатываемое организмом тепло отдается в окружающую среду. Если бы не существовала отдача тепла, организм погиб бы от перегревания. Регуляция теплоотдачи путем изменения осуществляющих ее физиологических функций обозначается как физическая терморегуляция .
Наибольшее количество тепла образуется в органах с интенсивным обменом веществ - в скелетной мускулатуре, печени и почках. Наименьшее количество тепла освобождается в костях, хрящах и соединительной ткани.
При повышении температуры окружающей среды теплообразование уменьшается, а при ее понижении - увеличивается. Следовательно, между температурой внешней среды и теплообразованием существуют обратно пропорциональные отношения: летом теплообразование понижается, а зимой увеличивается.
При физических нагрузках теплообразование увеличивается, так, например, ходьба увеличивает теплообразование почти в 2 раза, а быстрый бег - в 4-5 раз. На долю мышц приходится 65-75% теплообразования, а при интенсивной работе даже 90%. Остальная доля тепла образуется в железистых органах, главным образом в печени.
Потеря тепла . Организм в покое непрерывно теряет тепло: 1) теплоизлучением или отдачей тепла окружающему воздуху; 2) теплопроведением, или непосредственной отдачей тепла тем предметам, которые соприкасаются с кожей; 3) испарением воды с поверхности кожи и легких.
В условиях покоя 70-80% тепла отдается в окружающую среду кожей теплоизлучением и теплопроведением, а испарением воды в коже (потоотделением) и в легких - около 20%. Отдача тепла нагреванием выдыхаемого воздуха, мочой и калом ничтожна, она составляет 1,5-3% общей теплоотдачи.
Потеря тепла органами и тканями зависит от их месторасположения, поверхностно расположенные органы (кожа, скелетные мышцы) отдают больше тепла и охлаждаются сильнее, чем внутренние органы, более защищенные от охлаждения. Поэтому теплоотдача разных органов различна. Так печень дает большую теплопродукцию и имеет более высокую и постоянную температуру (37,8-38°С) по сравнению с кожей, температура которой значительно ниже (на покрытых участках 29,5-33,9) и в большей степени зависит от окружающей среды.
При мышечной работе резко возрастает отдача тепла испарением (потоотделением), доходя до 90% всего суточного теплообразования.
Теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением зависит от разности температур кожи и окружающей среды. Чем выше температура кожи, тем больше теплоотдача указанными путями. А температура кожи зависит от притока к ней крови. При повышении температуры окружающей среды артериолы и капилляры кожи расширяются, кожа краснеет, количество протекающей через нее крови увеличивается, температура кожи повышается, и теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением возрастает. Так как разница температур кожи и окружающей среды с повышением температуры кожи уменьшается, то абсолютная величина теплоотдачи при высоких температурах окружающей среды меньше, чем при низких.
Когда температура кожи сравнивается с температурой окружающей среды, теплоотдача прекращается. При дальнейшем повышении температуры окружающей среды кожа не только теряет тепло, но сама нагревается. В этом случае теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением отсутствует и сохраняется только теплоотдача испарением.
Наоборот, на холоде артериолы и капилляры кожи суживаются, кожа становится бледной, количество протекающей через нее крови уменьшается, температура кожи понижается, разница температур кожи и окружающей среды сглаживается, и теплоотдача уменьшается.
Человек уменьшает теплоотдачу за счет покрова в виде одёжды и т. д., чем больше воздуха в этих покровах, тем легче сохраняется тепло.
Регуляция теплоотдачи испарением воды играет большую роль, особенно при мышечной работе и значительном повышении температуры окружающей среды. Потеря воды кожей происходит за счет проникновения воды из глубоких тканей на поверхность кожи и главным образом за счет функционирования потовых желез. При средней температуре окружающей среды взрослый человек ежесуточно теряет испарением с кожи 1675-2093,5 кДж (400 -500 ккал).
В связи с резким увеличением потоотделения при повышении температуры окружающей среды и при мышечной работе значительно возрастает и теплоотдача, хотя и не весь пот испаряется.
Испарение воды постоянно происходит и с поверхности легких. Выдыхаемый воздух насыщен водяными парами на 95-98% и поэтому чем суше вдыхаемый воздух, тем больше тепла отдается испарением с легких. В обычных условиях легкими ежесуточно испаряется 300-350 мл воды, что соответствует 732,7-962,9 кДж. При высокой температуре дыхание учащается, а на холоде становится редким. Испарение воды с поверхности кожи и легких становится единственным путем теплоотдачи, когда температура воздуха достигает температуры тела. В этих условиях в покое испаряется более пота в час, что позволяет отдавать около 251,2 кДж в час.
Следовательно, физическая терморегуляция обеспечивается: 1) сердечно-сосудистой системой, которая определяет приток и отток крови в кровеносных сосудах кожи, а следовательно, количество тепла, отдаваемого кожей в окружающую среду; 2) системой органов дыхания, т. е. изменениями вентиляции легких; 3) изменением функции потовых желез.
Таким образом, путем совместного действия, с одной стороны, механизмов, регулирующих интенсивность обмена веществ и зависящее от него теплообразование (химическая регуляция тепла), а с другой - механизмов, регулирующих теплоотдачу (физическая регуляция тепла), поддерживается на постоянном уровне температура тела.
Температура тела. Температура тела человека поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды. За среднюю температуру тела принимается температура в подмышечной впадине, и она равна 36,5-37°С. У грудных детей измеряют температуру в прямой кишке, где она выше, чем в подмышечной впадине и равна у здорового человека в среднем 37,2-37,5 °С.
Температура внутренних органов, в которых происходит интенсивный обмен, выше температуры тела, а температура кожи ниже. При падении температуры кожи ниже 30-31°С ощущается холод.
Температура тела не остается постоянной, а колеблется в течение суток в пределах 0,5-0,7°С. Покой и сон снижают температуру, мышечная деятельность повышает ее. Максимальная температура тела наблюдается в 4-6 часов вечера, минимальная - в 3-4 часа утра.
Постоянство температуры тела человека может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма.
У новорожденного ребенка способность поддерживать постоянство температуры тела несовершенна. Вследствие этого может наступить охлаждение (гипотермия ) или перегревание (гипертермия ) организма при таких температурах окружающей среды, которые не оказывают влияния на взрослого человека. Таким же образом даже небольшая мышечная работа, например длительный крик ребенка, может повысить температуру тела. Организм недоношенных детей еще менее способен поддерживать постоянство температуры тела, которая у них в значительной мере зависит от температуры окружающей среды. Чрезмерное укутывание; также ведет к перегреванию. Некоторое постоянство терморегуляции устанавливается у детей к концу 2 года жизни и даже в течение нескольких лет.
Нормальная температура тела устанавливается у детей в зависимости от достаточного и правильного питания.
Нервно-гуморальная регуляция теплообмена. Температурные рецепторы расположены непосредственно на коже, в кожных и подкожных сосудах, а также в самой центральной нервной системе. Эти рецепторы, воспринимающие холод и тепло, названы терморецепторами . При относительно постоянной температуре окружающей среды от рецепторов в ЦНС поступают ритмические импульсы, частота которых максимальна для холодовых рецепторов кожи и кожных сосудов при температуре 20-30°С, а для кожных тепловых рецепторов - при температуре 38-43°С. При резком охлаждении кожи частота импульсации в холодовых рецепторах возрастает, а при быстром согревании урежается или прекращается. На такие же периоды тепловые рецепторы реагируют прямо противоположно. Тепловые и холодовые рецепторы ЦНС реагируют на изменение температуры крови, омывающие нервные центры.
Центральные нейроны (термосенсоры) обнаружены в медиальной области гипоталамуса, ретикулярной формации среднего мозга, а также спинном мозге.
До недавнего времени выделяли центр теплоотдачи , локализованный в переднем гипоталамусе, и центр теплопродукции , локализованный в заднем гипоталамусе, находящиеся между собой в сложных взаимоотношениях. Возбуждение первого приводит к усилению теплоотдачи и уменьшению теплопродукции (падение температуры тела), возбуждение второго - к усилению теплопродукции и уменьшению теплоотдачи (повышение температуры тела).
По современным данным, терморегуляция осуществляется распределенной системой, основной частью которой является гипоталамический терморегуляционный механизм . Сигналы от периферических терморецепторов, переключаясь в структурах задних рогов спинного мозга, направляются к сегментарным соматическим и автономным механизмам своего спинального уровня, а также поступают по восходящим путям спинного мозга в головной мозг.
Главными проводниками температурной чувствительности в головной мозг являются спиноталамический и спиноретикулярный тракты. Температурная информация по этим путям направляется через ретикулярную формацию и неспецифическим ядрам таламуса не только в ассоциативные зоны коры головного мозга, но и в структуры гипоталамуса. Информация от периферических терморецепторов адресуется в передний гипоталамус (медиальную область), где происходит сравнение этих сигналов с уровнем активности центральных термосенсоров (отражающих температурное состояние мозга). Эта интеграция сигналов, характеризующих центральную и периферическую температуру тела, и обеспечивает выработку структурами заднего мозга гипоталамуса сигналов, управляющих химической и физической терморегуляцией.
В осуществлении гипоталамической регуляции температуры тела участвую железы внутренней секреции, главным образом щитовидная и надпочечники.
Участие щитовидной железы в терморегуляции доказывается тем, что введение в кровь животного сыворотки крови другого животного, которое длительное время находилось на холоде, вызывает у первого повышение обмена веществ. Очевидно, во время пребывания в условиях охлаждения происходит усиленное выделение в кровь гормона щитовидной железы, повышающего обмен веществ, следовательно, образование тепла.
Гормон надпочечников адреналин, выделяясь в кровь, усиливает окислительные процессы в тканях, в частности в мышцах, повышает теплообразование и суживает кожные сосуды, уменьшая теплоотдачу.
Вопросы для самоконтроля
1. Значение пищеварения. Функции органов пищеварения. Роль пищеварительных ферментов.
2. Пищеварение в полости рта. Слюноотделение и его регуляция. Химические процессы. Смена зубов.
3. Основные поражения зубов. Профилактические мероприятия.
4. Строение желудка. Пищеварение в желудке. Состав желудочного сока, фаза секреции, особенности у детей.
5. Отделы тонкого кишечника и их строение.
6. Пищеварение в тонком кишечнике. Функции поджелудочной железы и печени. Всасывание. Возрастные особенности.
7. Строение и отделы толстого кишечника.
8. Пищеварение в толстом кишечнике.
9. Моторика пищеварительных органов и ее регуляция.
10. Общая характеристика обмена веществ. Анаболизм и катаболизм. Основные этапы обмена веществ.
11. Значение белков для организма. Этапы белкового обмена. Потребность в белках. Особенности у детей.
12. Значение углеводов. Этапы углеводного обмена. Суточная потребность. Возрастные особенности углеводного обмена.
13. Значение жиров и липидов. Этапы жирового обмена. Возрастные особенности.
14. Регуляция обмена веществ. Роль гормонов в регуляции обмена веществ.
15. Значение воды и минеральных веществ для организма. Водный баланс. Питьевой режим.
16. Витамины и их значение. Авитаминоз. Суточная потребность в витаминах у детей.
17. Энергетический обмен. Источники энергии. Энерготраты организма и методы их измерения. Основной и общий обмен. Особенности у детей.
18. Питание. Калорийность суточного рациона. Режим питания.
19. Терморегуляция и ее значение. Образование и отдача тепла. Температура тела. Особенности терморегуляции у детей.
20. Нервная и гуморальная регуляция теплообмена. Терморецепторы кожи сосудов, гипоталамуса. Центры теплопродукции и отдачи тепла.
Список литературы
Анатомия, физиология, психология человека: иллюстрированный краткий словарь / под ред. А. С. Батуева. - СПб. : Лань, 1998. - 256 с.
Анатомия человека: в 2 т. / под ред. М. Р. Сапина. - 2-е изд., доп.
и перераб. - М. : Медицина, 1993. - Т. 1. - 544 с.
Андронеску, А. Анатомия ребенка / А. Андронеску. - Бухарест: Меридиан, 1970. - 363 с.
Атлас по нормальной физиологии / под ред. Н. А. Агаджаняна. - М., 1986. - 351 с.
Гуминский, А. А. Руководство к лабораторным занятиям по общей и возрастной физиологии / А. А. Гуминский, Н. Н. Леонтьева, К. В. Маринова
- М. : Просвещение, 1990. - 239 с.
Гуминский, А. А. Практические занятия по возрастной физиологии и школьной гигиене: учеб. пособие / А. А. Гуминский. - М., 1992. - 132 с.
Држевецкая, И. А. Основы физиологии обмена веществ и эндокринной системы: учеб. пособие. - М. : Высшая школа, 1994. - 256 с.
Курепина, М. М. Анатомия человека: учебник для студентов высших учебных заведений / М. М. Курепина, А. П. Ожигова, А. А. Никитина. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2002. - 384 с.
Малафеева, С. Н. Атлас по анатомии и физиологии человека: учеб. пособие / С. Н. Малафеева, И. В. Павлова; Урал. гос. пед. ун-т. - Екатеринбург, 1999. - 194 с.
Маркосян, А. А. Основы морфологии и физиологии организма детей и подростков / А. А. Маркосян. - М. : Медицина, 1969. - 575 с.
Начала физиологии / под ред. Н. Д. Ноздрачева. - Санкт-Петербург; Москва; Краснодар, 2004. - 1088 с.
Солодков, А. С. Физиология человека: общая, спортивная, возрастная /
А. С. Солодков, Е. Б. Сологуб. - М., 2001. - 519 с.
Ткаченко, Б. И. Основы физиологии человека: учебник для вузов: в 2 т. /
Б. И. Ткаченко. - СПб., 1994. - Т. 1. - 570 с.
Физиология человека: учебник / под ред. Г. И. Косицкого. - М. : Медицина, 1985. - 544 с.
Физиология человека / под ред. Н. А. Агаджаняна. - М. : Медицинская книга; НН: НГМА, 2005. - 527 с.
Физиология человека: в 2 т. / под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. - М. : Медицина, 2001. - 447 с.
Хрипкова, А. Г. Возрастная физиология: учеб. пособие для студентов небиол. спец. пед. ин-тов / А. Г. Хрипкова. - М. : Просвещение, 1978. - 287 с.
Хрипкова, А. Г. Возрастная физиология и школьная гигиена: учеб. пособие для студентов пед. ин-тов / А. Г. Хрипкова. - М. : Просвещение, 1990. - 319 с.
Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения и составляет от 85 Вт (в состоянии покоя) до 500 Вт (при выполнении тяжелой работы) . Чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и, как следствие, к потере трудоспособности, быстрому утомлению, потере сознания и тепловой смерти.
Температурный режим кожи играет основную роль в теплоотдаче. Ее температура изменяется в довольно значительных пределах и под одеждой составляет 30...34 °С. При неблагоприятных метеорологических условиях на отдельных участках тела температура может понижаться до 20 °С, а иногда и ниже.
Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделения человека полностью воспринимаются окружающей средой, т.е. когда имеется тепловой баланс и температура внутренних органов остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде, происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием «жарко». Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет 43 °С. В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек, происходит охлаждение организма. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием «холодно». Минимальная температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет 25 °С. Комфортной средой является такая, охлаждающая способность которой соответствует теплопродукции человека. В условиях комфорта у человека не возникает беспокоящих его тепловых ощущений - холода или перегрева.
Тепловой баланс организма человека при различных метеоусловиях различен. Наибольшее влияние на самочувствие человека оказывает температура
воздуха. Она ощущается, в первую очередь, открытыми поверхностными частями тела человека. От температуры тела зависят интенсивность обмена веществ и окислительных процессов в тканях, регулирование кровоснабжения кожи, потоотделения и дыхания. При обычной температуре от кожного покрова человека в воздух помещения отводится до 45 % теплоты путем излучения, до 30 % за счет конвективного теплообмена и до 25 % при испарении пота.
Высокая температура воздуха оказывает неблагоприятное воздействие на сердечно-сосудистую и центральную нервную систему человека. Низкая температура может вызвать местное и общее переохлаждение организма, стать причиной простудных заболеваний.
Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется посредством конвекции (процесс обмывания тела воздухом).
Температура, скорость, относительная влажность и атмосферное давление окружающего воздуха получили название показателей микроклимата , а их числовые значения -параметров микроклимата .
Параметры микроклимата и интенсивность физической нагрузки организма характеризуют степень комфортности производственного микроклимата, теплоощущения человека, его работоспособность.
Установлено, что при температуре воздуха более 30 °С работоспособность человека начинает падать. Предельная температура вдыхаемого воздуха, при
которой человек еще в состоянии дышать в течение нескольких минут без специальных средств защиты, составляет около 116 °С.
Переносимость человеком температуры также зависит от влажности и скорости передвижения окружающего воздуха. Чем больше относительная влажность воздуха, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев организма. Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочувствие человека оказывает высокая влажность при температуре воздуха выше 30 °С. При такой температуре вся выделяемая теплота идет на испарение пота. Но при высокой влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова, изнуряя организм и не обеспечивая необходимую теплоотдачу. Вместе с потом организм человека теряет значительное количество минеральных солей. При неблагоприятных условиях производственного микроклимата потеря жидкости человеком может достигать 8...10 л за смену и с ней до 40 г поваренной соли (всего в организме человека около 140 г). При высокой температуре воздуха более интенсивно расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки.
Длительное воздействие высокой температуры, особенно в сочетании с повышенной влажностью, может привести к значительному накоплению теплоты в организме и развитию перегревания организма выше допустимого уровня - гипертермии - состояния, при котором температура тела поднимается до
38...39 °С (тепловой удар). При этом состоянии возникает головная боль, головокружение, общая слабость, искажение цветового восприятия, сухость во рту, тошнота, рвота, обильное потовыделение, пульс и дыхание учащены. Наблюдается бледность, синюшность, зрачки расширены, временами могут появляться судороги, потеря сознания.
В горячих цехах по ремонту железнодорожного подвижного состава имеются технологические процессы, которые протекают при температурах, значительно превышающих температуру воздуха окружающей среды. Нагретые поверхности излучают в пространство потоки лучистой энергии, которые могут привести к отрицательным последствиям. Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое воздействие, при этом наступает нарушение нормальной деятельности сердечно-сосудистой и центральной нервной системы. Эти лучи могут вызвать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз вследствие воздействия инфракрасных лучей является катаракта глаза.
Производственные процессы, выполняемые при пониженной температуре, большой подвижности и влажности воздуха, могут явиться причиной охлаждения и даже переохлаждения организма - гипотермии. В начальный период воздействия умеренного холода наблюдается уменьшение частоты дыхания, увеличение объема вдыхаемого воздуха. При продолжительном действии холо-
В организме человека в результате процессов обмена веществ постоянно образуется тепло, а при механической работе происходит усиленное образование тепла. Одновременно имеет место и постоянная потеря организмом тепла. В состоянии покоя каждый час выделяется 80 ккал тепла, т. е. количество тепла, достаточное для доведения до кипения 1 л холодной воды. Тепло из организма доставляется к коже в основном циркулирующей кровью. Передача тепла происходит благодаря тому, что кожа имеет более низкую температуру, чем внутренние органы; тепло теряется через кожу и легкие.
В зависимости от температуры окружающей среды отдача тепла организмом происходит различными способами. В основном имеются 4 способа теплоотдачи.
- 1. Отдача тепла путем излучения (радиация). В обычных условиях этот способ составляет около 60% всей теплоотдачи. Излучение, испускаемое телом человека, лежит в инфракрасной области спектра (длина волны от 5 до 20 мк) с максимумом длины волны 9 мк.
- 2. Отдача тепла при помощи конвекции, когда с поверхности кожи тепло передается соприкасающемуся с кожей воздуху или воде. Нагретые частицы уносятся и заменяются новыми, «холодными», которые в свою очередь «нагреваются» и уносят с собой тепло. При погружении тела в воду теплоотдача путем конвекции значительно больше, чем при соприкосновении с воздухом, так как теплоемкость последнего сравнительно мала.
- 3. Отдача тепла путем теплопроводности, когда тепло из тела уходит путем проведения непосредственно с места соприкосновения, например с холодным дном ванны или холодной водой.
- 4. Отдача тепла путем испарения пота с поверхности кожи, которая при этом охлаждается. Такой процесс теплоотдачи усиливается, когда температура окружающей среды выше температуры кожи. Теплоотдача испарением составляет 20-25% общей теплоотдачи. На поверхности нашего тела расположено более 2 млн. потовых желез, которые участвуют в процессе потоотделения. Охлаждаясь при испарении пота, кожа в свою очередь охлаждает кровь, доставляющую к ней тепло из внутренних органов.
В сухом климате (климат пустынь) пот испаряется настолько быстро, что кожа может казаться совершенно сухой. Всегда выделяется много пота, но это незаметно. Для того чтобы убедиться в этом, достаточно на минуту положить одну ладонь на другую, чтобы помешать испарению, и ладони становятся влажными.
Во время нахождения человека в теплой, особенно горячей, водяной ванне усиленное потоотделение имеет место на участках тела, не погруженных в воду. После выхода из ванны усиливается функция потовых желез участков тела, соприкасавшихся с водой. При теплоотдаче путем испарения заметное значение приобретают такие факторы, как скорость движения воздуха и его относительная влажность.
Физиологические механизмы регуляции тепла и теплоотдачи организма весьма сложны. При различных колебаниях температуры тела соответственно меняется и относительная роль отдельных механизмов теплоотдачи. Большое значение приобретают взаимно связанные между собой удельная теплоемкость тканей, их теплопроводность, температура различных участков тела и т. д. Роль этих факторов в реакциях организма на тепловые раздражители, каждый из которых имеет свои физические показатели, значительна.
Удельная теплоемкость тканей (количество теплоты в калориях, необходимое для повышения температуры 1 г вещества на 1° - с 15 до 16°), не содержащих жира, приблизительно равна 0,85 кал/г, содержащих жир - 0,70 кал/г, крови 0,90 кал/г. Наибольшей удельной теплоемкостью, равной 1 кал/г, обладает вода. Удельная теплоемкость воздуха при температуре тела 36-37° составляет 0,2375 кал/г.
Немалое значение приобретает и коэффициент теплопроводности тканей, который зависит от условий крово- и лимфообращения в них. При увеличении содержания воды или усиления кровотока увеличивается теплопроводность тканей. Теплопроводность губчатой кости, мышцы, жировой клетчатки различна. Если коэффициент теплопроводности (кал-см-сек-град) кожи человека равен 0,00060, то для воды при 37° он равен 0,00135, а для сухого воздуха - 0,00005.
Коэффициент теплопроводности тканей организма, расположенных более поверхностно, изменяется в связи с их кровоснабжением, поскольку тепло непрерывно доставляется к кожной поверхности.
В зависимости от внешних факторов может изменяться и степень теплоотдачи. Одновременно меняются и условия кровообращения в поверхностных тканях. В ткани с недостаточным кровообращением или с меньшим содержанием воды, т. е. меньшей теплопроводностью, при пользовании водяными или грязевыми ваннами будет поступать меньшее количество тепла по сравнению с тканями с большой теплопроводностью.