Нарушение терморегуляции организма: причины и симптомы. Терморегуляция и ее значение для организма человека Терморегуляция организма происходит за счет работы

Теплообмен

Теплота способна переходить только из области более высокой температуры в область более низкой. Поэтому поток тепловой энергии от живого организма в окружающую среду не прекращается до тех пор, пока температура тела выше, чем температура среды.

Температура тела определяется соотношением скорости метаболической теплопродукции клеточных структур и скорости рассеивания образующейся тепловой энергии в окружающую среду. Следовательно, теплообмен между организмом и средой является неотъемлемым условием существования теплокровных организмов. Нарушение соотношения этих процессов приводит к изменению температуры тела.

Жизнь может протекать в узком диапазоне температур.

Возможность протекания процессов жизнедеятельности ограничена узким диапазоном температуры внутренней среды, в котором могут происходить основные ферментативные реакции. Для человека снижение температуры тела ниже 25°с и её увеличение выше 43°с, как правило, смертельно. Особенно чувствительны к изменениям температуры нервные клетки.

Ядро и внешняя оболочка тела

С точки зрения терморегуляции, тело человека можно представить состоящим из двух компонентов: внешней оболочки, и внутреннего, ядра. Ядро – это часть тела, которая имеет постоянную температуру, а оболочка – часть тела, в которой имеется температурный градиент. Через оболочку идёт теплообмен между ядром и окружающей средой.

Терморегуляция

Терморегуляция – это совокупность физиологических процессов, направленных на поддержание относительного постоянства температуры ядра в условиях изменения температуры среды с помощью регуляции теплопродукции и теплоотдачи. Терморегуляция направлена на предупреждение нарушений теплового баланса организма или на его восстановление, если подобные нарушения уже произошли, и осуществляется нервно-гуморальным путём.

Виды терморегуляции

Терморегуляцию можно разделить на два основных вида:

Химическую и физическую терморегуляцию. Они, в свою очередь, также подразделяются на несколько видов:

1. Химическая терморегуляция

   Сократительный термогенез
   - Несократительный термогенез

2. Физическая терморегуляция

Излучение
-Теплопроведение (кондукция)
-Конвекция
-Испарение

Рассмотрим эти виды терморегуляции подробнее.

Химическая терморегуляция

Регулирование объёма теплопродукции

Химическая терморегуляция теплообразования – осуществляется за счёт изменения уровня обмена веществ, что приводит к изменению образования тепла в организме. Источником тепла в организме являются экзотермические реакции окисления белков, жиров, углеводов, а также гидролиз АТФ.

При расщеплении питательных веществ часть освобождённой энергии аккумулируется в АТФ, часть рассеивается в виде тепла (первичная теплота – 65–70% энергии). При использовании макроэргических связей молекул АТФ часть энергии идёт на выполнение полезной работы, а часть рассеивается (вторичная теплота). Таким образом, два потока теплоты – первичной и вторичной – являются теплопродукцией.

При необходимости повысить теплопродукцию, помимо возможности получения тепла извне, в организме используются механизмы, увеличивающие производство тепловой энергии.

К таким механизмам относятся сократительный и несократительный термогенез.

Сократительный термогенез

Этот вид терморегуляции работает если нам холодно и необходимо поднять температуру тела. Заключается этот метод в сокращении мышц.

При сокращении мышц возрастает гидролиз АТФ, поэтому возрастает поток вторичной теплоты, идущей на согревание тела.

Произвольная активность мышечного аппарата, в основном, возникает под влиянием коры больших полушарий. При этом повышение теплопродукции возможно в 3–5 раз по сравнению с величиной основного обмена.

Обычно при снижении температуры среды и температуры крови первой реакцией является увеличение терморегуляционного тонуса (волосы на теле "встают дыбом", появляются "мурашки") . С точки зрения механики сокращения, данный тонус представляет собой микровибрацию и позволяет увеличить теплопродукцию на 25–40% от исходного уровня. Обычно в создании тонуса принимают участие мышцы головы и шеи.

При более значительном переохлаждении терморегуляционный тонус переходит в мышечную холодовую дрожь . Холодовая дрожь представляет собой непроизвольную ритмическую активность поверхностно расположенных мышц, в результате которой теплопродукция повышается. Считается, что теплопродукция при холодовой дрожи в 2,5 раз выше, чем при произвольной мышечной деятельности.

Описанный механизм работает на рефлекторном уровне, без участия нашего сознания. Но поднять температуру тела можно и при помощи сознательной двигательной активности.

При выполнении физической нагрузки разной мощности теплопродукция возрастает в 5–15 раз по сравнению с уровнем покоя. Температура ядра на протяжении первых 15–30 минут длительной работы довольно быстро повышается до относительно стационарного уровня, а затем сохраняется на этом уровне или продолжает медленно повышаться.

Несократительный термогенез

Этот вид терморегуляции может приводить, как повышению, так и к понижению температуры тела.

Он осуществляется путём ускорения или замедления катаболических процессов обмена веществ. А это, в свою очередь, будет приводить к снижению или увеличению теплопродукции. За счёт этого вида термогенеза теплопродукция может вырасти в 3 раза.

Регуляция процессов несократительного термогенеза осуществляется путём активации симпатической нервной системы, продукции гормонов щитовидной и мозгового слоя надпочечников.

Физическая терморегуляция

Под физической терморегуляцией понимают совокупность физиологических процессов, ведущих к изменению уровня теплоотдачи. Различают несколько механизмов отдачи тепла в окружающую среду.

1. Излучение
– отдача тепла в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона. За счёт излучения отдают энергию все предметы, температура которых выше абсолютного нуля. Электромагнитная радиация свободно проходит сквозь вакуум, атмосферный воздух для неё тоже можно считать «прозрачным». Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду излучением, пропорционально площади поверхности излучения (площади поверхности тела, не покрытой одеждой) и градиенту температуры. При температуре окружающей среды 20°с и относительной влажности воздуха 40–60% организм взрослого человека рассеивает путём излучения около 40–50% всего отдаваемого тепла.
2. Теплопроведение (кондукция)
– способ отдачи тепла при непосредственном соприкосновении тела с другими физическими объектами. Количество тепла, отдаваемого в окружающую среду этим способом, пропорционально разнице средних температур контактирующих тел, площади соприкасающихся поверхностей, времени теплового контакта и теплопроводности.
3. Конвекция
– теплоотдача, осуществляемая путём переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Воздух, соприкасающийся с кожей, нагревается и поднимается, его место занимает «холодная» порция воздуха и т. д. В условиях температурного комфорта этим способом тело теряет до 15% всего отдаваемого тепла.
4. Испарение – отдача тепловой энергии в окружающую среду за счёт испарения пота или влаги с поверхности кожи и слизистых дыхательных путей. За счёт испарения организм в условиях комфортной температуры отдаёт около 20% всего рассеиваемого тепла. Испарение делится на 2 вида.

Неощущаемая перспирация – испарение воды со слизистых дыхательных путей (через дыхание) и воды, просачивающейся через эпителий кожного покрова (Испарение с поверхности кожи. Оно идёт даже в случае, если кожа сухая.).

За сутки через дыхательные пути испаряется до 400 мл воды, т.е. организм теряет до 232 ккал в сутки. При необходимости эта величина может быть увеличена за счёт тепловой одышки.

Через эпидермис в среднем за сутки просачивается около 240 мл воды. Следовательно, этим путём организм теряет до 139 ккал в сутки. Эта величина, как правило, не зависит от процессов регуляции и различных факторов среды.

Ощущаемая перспирация – отдача тепла путём испарения пота . В среднем за сутки при комфортной температуре среды выделяется 400–500 мл пота, следовательно, отдаётся до 300 ккал энергии. Однако при необходимости объём потоотделения может увеличиться до 12　л в сутки, т.е. путём потоотделения можно потерять до 7000 ккал в сутки.

Эффективность испарения во многом зависит от среды: чем выше температура и ниже влажность, тем выше эффективность потоотделения как механизма отдачи тепла. При 100% влажности испарение невозможно.

Управление терморегуляцией

Гипоталамус

Система терморегуляции состоит из ряда элементов с взаимосвязанными функциями. Информация о температуре поступает от терморецепторов и при помощи нервной системы попадает в мозг.

Основную роль в терморегуляции играет гипоталамус. Разрушение его центров или нарушение нервных связей ведёт к утрате способности регулировать температуру тела. В переднем гипоталамусе расположены нейроны, управляющие процессами теплоотдачи. При разрушении нейронов переднего гипоталамуса организм плохо переносит высокие температуры, но физиологическая активность вусловиях холода сохраняется. Нейроны заднего гипоталамуса управляют процессами теплопродукции. При их повреждении нарушается способность к усилению энергообмена, поэтому организм плохо переносит холод.

Эндокринная система

Гипоталамус управляет процессами теплопродукции и теплоотдачи, посылая нервные импульсы к железам внутренней секреции, главным образом щитовидной и надпочечникам.

Участие щитовидной железы в терморегуляции обусловлено тем, что влияние пониженной температуры приводит к усиленному выделению её гормонов, ускоряющих обмен веществ и, следовательно, теплообразование.

Роль надпочечников связана с выделением ими в кровь катехоламинов, которые, усиливая или уменьшая окислительные процессы в тканях (например, мышечной), увеличивают или уменьшают теплопродукцию и сужают или увеличивают кожные сосуды, меняя уровень теплоотдачи.

Человеческое тело может сохранять жизнеспособность в довольно небольшом диапазоне внутренних температур – от +25 до +43 градусов. Способность их поддерживать в указанных границах даже при значительных изменениях внешних условий называется терморегуляцией. Физиологическая норма при этом находится в пределах от 36,2 до 37 градусов, отклонения от нее считаются нарушением. Для выяснения причин подобных патологий необходимо знать, как осуществляется терморегуляция в организме, какие факторы влияют на колебания внутренних температур, выяснить методы их коррекции.

Как осуществляется терморегуляция в организме человека?

1. Химическая терморегуляция – процесс производства тепла. Оно вырабатывается всеми органами в теле, особенно при прохождении сквозь них крови. Больше всего энергии продуцируется в печени и поперечнополосатых мышцах.
2. Физическая терморегуляция – процесс отдачи тепла. Он осуществляется с помощью непосредственного теплообмена по отношению к воздуху или холодным предметам, инфракрасного излучения, а также испарения пота с поверхности кожи и дыхания.

Как терморегуляция поддерживается в организме человека?

Контроль внутренней температуры происходит за счет чувствительности специальных терморецепторов. Их большая часть располагается в коже, верхних дыхательных путях и слизистых оболочках ротовой полости.

При отклонении внешних условий от нормы терморецепторы производят нервные импульсы, которые поступают в спинной мозг, затем в зрительные бугры, гипоталамус, гипофиз и достигают коры головного мозга. В результате появляется физическое ощущение холода или жара, а центр терморегуляции стимулирует процессы продуцирования или отдачи тепла.

Стоит заметить, что в описанном механизме, в частности – образования энергии, также принимают участие некоторые гормоны. Тироксин интенсифицирует обмен веществ, из-за чего повышается продуцирование тепла. действует аналогично за счет усиления окислительных процессов. Кроме того, он способствует сужению кровеносных сосудов в коже, что препятствует отдаче тепла.

Причины нарушения терморегуляции организма

Незначительные изменения в соотношении производства тепловой энергии и ее передачи во внешнюю среду происходят при физических нагрузках. В данном случае это не является патологией, так как процессы терморегуляции быстро восстанавливаются в состоянии покоя, во время отдыха.

Большую часть рассматриваемых нарушений составляют системные заболевания, сопровождающиеся воспалительными процессами. Однако в подобных ситуациях даже сильное повышение температуры тела некорректно называть патологическим, так как жар и лихорадка возникают в организме для подавления размножения патогенных клеток (вирусов или бактерий). По сути, данный механизм является нормальной защитной реакцией иммунитета.

Истинные нарушения терморегуляции сопровождают повреждения органов, ответственных за ее осуществление, гипоталамуса, гипофиза, спинного и головного мозга. Это происходит при механических травмах, кровоизлияниях, образовании опухолей. Дополнительно усилить патологию могут заболевания эндокринной и сердечно-сосудистой системы, гормональные расстройства, физическое или перегрев.

Лечение нарушения нормальной терморегуляции в организме человека

Восстановить корректное протекание механизмов производства и отдачи тепла можно только после установления причин их изменений. Для постановки диагноза необходимо посетить невролога, сдать ряд лабораторных анализов и выполнить назначенные инструментальные исследования.

Основными параметрами, обеспечивающими процесс теплообмена человека с окружающей сре­дой, являются параметры микроклимата. В естественных условиях на поверхности Земли эти параметры изменяются в существенных пределах. Так, температура окружающей среды изменяется от -88 до +60 °С; подвижность воздуха - от 0 до 100 м/с; относительная влажность - от 10 до 100% и атмосферное давление - от 680 до 810 мм рт. ст.

Процессы регулирования тепловыделений для поддержания постоянной температуры тела человека называются термо­регуляцией. Она позволяет сохранять температуру внутренних органов постоянной, близкой к 36,5 °С.

Процессы регулирования тепловыделений осуще­ствляются в основном тремя способами :

1. Биохими­ческим путем.

2. Путем изменения интенсивности кровообращения.

3. За счет интенсивности потовыделения.

Терморегуляция биохимическим путем заклю­чается в изменении интенсивности происходящих в организме окислительных процессов. Например, мышечная дрожь, возникающая при сильном ох­лаждении организма, повышает выделение тепло­ты до 125...200 Дж/с.

Терморегуляция путем изменения интенсивно­сти кровообращения заключается в способности организма регулиро­вать подачу крови (которая является в данном случае теплоносителем) от внутренних органов к поверхности тела путем сужения или расши­рения кровеносных сосудов.

Перенос теплоты с потоком крови имеет большое значение вследствие низких коэффициентов теплопроводно­сти тканей человеческого организма.

При высоких температурах окружающей среды кровеносные сосуды кожи расширяются, и к ней от внутренних органов притекает большое количество крови и, следовательно, больше теплоты отдается окружа­ющей среде.

При низких температурах происходит обратное явление: сужение кровеносных сосудов кожи, уменьшение притока крови к кожному покрову и, следовательно, меньше теплоты отдается во внешнюю среду.

Кровоснабжение при высокой температуре среды может быть в 20 - 30 раз больше, чем при низкой. В пальцах кровоснабжение может изменяться даже в 600 раз.

Терморегуляция путем изменения интенсивности потовыделения заключается в изменении процесса теплоотдачи за счет испарения

Параметры микроклимата воздушной среды, которые обуславливают оптимальный обмен веществ в организме, и, при которых нет неприятных ощущений и напряженности системы терморегуляции, называются комфортными или оптимальными .

Зона, в которой окру­жающая среда полностью отводит теплоту, выделяемую организмом, и нет напряжения системы терморегуляции, называется зоной комфорта.

Условия, при которых нормальное тепловое состояние человека нару­шается, называются дискомфортными .

Гигиеническое нормирование параметров микроклимата производст­венных помещений.

Нормы производственного микроклимата установ­лены системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны». Они едины для всех производств и всех климатических зон с некото­рыми незначительными отступлениями.

В этих нормах отдельно нормируется каждый компонент микро­климата в рабочей зоне производственного помещения: температура, относительная влажность, скорость воздуха в зависимости от способ­ности организма человека к акклиматизации в разное время года, характера одежды, интенсивности производимой работы и характера тепловыделений в рабочем помещении.

Для оценки характера одежды (теплоизоляции ) и акклиматизации организма в разное время года введено понятие периода года.

Разли­чают теплый и холодный период года. Теплый период года характери­зуется среднесуточной температурой наружного воздуха +10 °С и выше, холодный - ниже +10 °С.

В рабочей зоне производственного помещения могут быть установлены оптимальные и допустимые микроклиматические условия.

Оптимальные микроклиматические усло­вия - это такое сочетание параметров микроклимата, которое при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивает ощущение теплового комфорта и создает предпосылки для высокой работоспособности.

Допустимые микроклиматические условия - это такое сочетания параметров микроклимата, которое при длительном и систематическом воздействии на человека может вызвать напряжение реакций терморегуляции и которые не выходят за пределы физиоло­гических приспособительных возможностей.

Методы снижения неблагоприятного влияния производственного микроклимата регламентируются «Санитарными правилами по орга­низации технологических процессов и гигиеническими требованиями к производственному оборудованию» и осуществляются комплексом технологических, санитарно-технических, организационных и меди­ко-профилактических мероприятий.

Ведущая роль в профилактике вредного влияния высоких темпе­ратур и инфракрасного излучения принадлежит технологическим ме­роприятиям:

1. Замена старых и внедрение новых технологических процессов и оборудования, способствующих оздоровлению неблагоп­риятных условий труда.

2. Внедрение автома­тизации и механизации дает возможность пребывания рабочих вдали от источника радиационной и конвекционной теплоты.

К группе санитарно-технических мероприятий относится приме­нение коллективных средств защиты :

1. Локализация тепловыделений, теплоизоляция поверхностей, экранирование источников либо рабочих мест.

2. Воздушное душирование, радиационное охлаждение, мелкодисперсное распыление воды.

3. Общеобменная вентиляция или кондиционирование воздуха.

Теплоизоляция поверхностей источников излучения (печей, сосудов и трубопроводов с горячими газами и жидкостями) снижает темпера­туру излучающей поверхности и уменьшает как общее тепловыделение, так и радиационное.

Конструктивно теплоизоляция может быть мастичной, оберточ­ной, засыпной, из штучных изделий и смешанной.

Мастичная изоля­ция осуществляется нанесением мастики (штукатурного раствора с теплоизоляционным наполнителем) на горячую поверхность изолиру­емого объекта.

Оберточную изоляцию изготовляют из волокнистых материалов - асбестовой ткани, минеральной ваты, войлока и др. Наиболее пригодна оберточная изоляция для трубопроводов.

Засыпную изоляцию приме­няют реже, так как необходимо устанавливать кожух вокруг изолиру­емого объекта

Теплоизоляцию штучными или формованными изделиями, скорлупами применяют для облегчения работ.

Смешанная изоляция состоит из нескольких различных слоев.

При выборе материала для изоляции необходимо принимать во внимание механические свойства материалов, а также их способность выдерживать высокую температуру. Многие теплоизоляционные мате­риалы берут в их естественном состоянии, например, асбест, слюда, торф, земля, но большинство получают в результате специальной обработки естественных материалов и представляют собой различные смеси.

Теплозащитные экраны применяют для локализации источников лучистой теплоты, уменьшения облученности на рабочих местах и снижения температуры поверхностей, окружающих рабочее место.

В зависимости от того, какая способность экрана более выражена, различают теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие экраны.

По степени прозрач­ности экраны делят на три класса: непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные.

К первому классу относят металлические водоохлаждаемые и фу­терованные асбестовые, альфолиевые, алюминиевые экраны.

Ко вто­рому - экраны из металлической сетки, цепные завесы, экраны из стекла, армированного металлической сеткой; все эти экраны могут орошаться водяной пленкой.

Третий класс составляют экраны из различных стекол: силикатного, кварцевого и органического, бесцвет­ного, окрашенного и металлизированного, пленочные водяные завесы, свободные и стекающие по стеклу, вододисперсные завесы.

При воздействии на работающего теплового облучения применяют воздушное душирование (подачу воздуха в виде воздушной струи, направленной на рабочее место). Воздушное душирование уст­раивают также для производственных процессов с выделением вредных газов или паров и при невозможности устройства местных укрытий.

Охлаждающий эффект воздушного душирования зависит от разно­сти температур тела работающего и потока воздуха, а также от скорости обтекания воздухом охлаждаемого тела.

Воздушные завесы предназначены для защиты от прорыва холодного воздуха в помещение через проемы здания (ворота, двери и т.п.). Воздушная завеса представляет собой воздушную струю, направленную под углом навстречу холодному потоку воздуха.

Согласно СНиП 2.04.05-91 воздушные завесы необходимо устанавливать у проемов отапливаемых помещений, открывающихся не реже, чем один раз в час либо на 40 мин единовременно при температуре наружного воздуха -15 °С и ниже.

Воздушные оазисы предназначены для улучшения метеорологиче­ских условий труда (чаще отдыха на ограниченной площади). Для этого разработаны схемы кабин с легкими передвижными перегородками, которые затапливаются воздухом с соответствующими параметрами.

Мероприятия по профилактике неблагоприятного воздействия хо­лода должны предусматривать предупреждение выхолаживания произ­водственных помещений, использование средств индивидуальной защиты, подбор рационального режима труда и отдыха. Спецодежда должна быть воздухо- и влагонепроницаемой (хлопчатобумажная, льняная, грубошерстное сукно), иметь удобный покрой.

Для работы в экстремальных условиях (ликвидация пожаров и др.) применяют спе­циальные костюмы, обладающие повышенной теплосветоотдачей. Для защиты головы от излучения применяют дюралевые, фибровые каски, войлочные шляпы; для защиты глаз - очки темные или с прозрачным слоем металла, маски с откидным экраном.

В процессах гомеостаза у всех теплокровных животных и человека большое значение имеет терморегуляция – способность поддерживать температуру тела на постоянном уровне независимо от колебаний температуры окружающей среды (изотермия ). В отличие от животных, температура тела которых находится в прямой зависимости от температуры окружающей среды (земноводные, пресмыкающиеся, рыбы), уровень температуры тела теплокровных организмов позволяет им сохранять свою активность в разных условиях обитания, повышая таким образом их адаптационные возможности.

Постоянство температуры тела обусловлено процессами теплообразования и теплоотдачи. Эти процессы регулируются сложными рефлекторными актами, которые возникают в ответ на температурное раздражение рецепторов кожи, кожных и подкожных сосудов, а также центральной нервной системы. Терморецепторы, воспринимающие холод или тепло, находятся в передней части гипоталамуса, в ретикулярной формации среднего мозга, а также в спинном мозге (см. Нервная система). В гипоталамусе расположены основные центры терморегуляции, которые координируют сложные процессы, обеспечивающие изотермию. Центры некоторых терморегуляторных рефлексов расположены в спинном мозге, определенное участие в процессах терморегуляции принимает кора головного мозга, железы внутренней секреции (прежде всего щитовидная железа и надпочечники). При охлаждении щитовидная железа более активно выделяет гормон, активизирующий обмен веществ и усиливающий в результате этого теплопродукцию. Надпочечники усиливают выделение адреналина, который суживает кожные сосуды, уменьшая теплоотдачу, и повышает теплообразование за счет усиления процессов окисления в тканях.

Так как разные органы имеют разную активность метаболизма, их температура может различаться. Самую высокую температуру имеет печень (37,8–38°С), так как она расположена глубоко внутри тела и имеет самый высокий уровень обменных процессов. Температура кожи более зависима от температуры окружающей среды и вследствие высокой теплоотдачи самая низкая (30–34°С), при этом она может значительно различаться: самая высокая на туловище и голове, самая низкая – на конечностях.

Температура тела имеет циркадный (околосуточный) режим и колеблется в пределах 0,5–0,7°С: максимум отмечается при мышечной работе и в 16–18 ч вечера, минимум – в покое и в 3–4 ч утра. Измеряют температуру тела в подмышечной впадине (36,5–36,9°С), у грудных детей часто в прямой кишке, где она выше и составляет 37,2– 37,5°С.

Постоянство температуры тела у человека сохраняется лишь при равновесии процессов теплообразования и теплоотдачи организма (рис. 1.25). Это достигается с помощью физических и химических механизмов теплорегуляцию

Химическая терморегуляция происходит посредством активизации обменных процессов в тканях организма, приводящей к усилению теплообразования. У человека усиление теплообразования отмечается при снижении температуры окружающей среды ниже оптимальной (так называемой зоны температурного комфорта). В одежде температура комфорта составляет 18–20°С, без нее – 28°С. Наиболее интенсивное теплообразование наблюдается в мышцах, печени и почках.

Физическая терморегуляция происходит посредством уменьшения либо усиления теплоотдачи за счет изменения излучения тепла (радиационная теплоотдача), конвекции (перемешивание нагреваемого телом воздуха) и испарения воды с поверхности кожи и легких. В состоянии покоя при температуре 20°С у человека радиация составляет 66%, испарение – 19%, конвекция – 15% общей потери тепла организмом. Препятствует теплоотдаче слой подкожной жировой клетчатки, поскольку ее жировая ткань имеет малую теплопроводность, и одежда, создающая слой неподвижного воздуха вокруг тела.

Рис. 1.25.

Теплоотдача путем радиации и конвекции возможна только в условиях температуры окружающей среды до 35°С, при более высокой температуре воздуха температура тела поддерживается только за счет испарения пота; ведущей становится теплоотдача путем испарения и при интенсивной мышечной нагрузке. Эффективность этого вида теплоотдачи находится в зависимости от влажности воздуха и воздухопроницаемости одежды. В поддержании температуры тела участвует и дыхание: во время выдоха легкие выделяют воду в виде водяных паров, этот вид теплоотдачи регулируется изменением частоты дыхания.

Важным механизмом терморегуляции является перераспределение крови в сосудах и объема циркулирующей крови. При низкой температуре артериолы кожи сужаются, большее количество крови поступает в сосуды брюшной полости, в результате чего ограничивается теплоотдача, а внутренние органы дополнительно согреваются. При еще более сильном охлаждении открываются сосуды, обеспечивающие сброс крови из артерий в вены (артериовенозные анастомозы), и поступление крови в капилляры дополнительно уменьшается. При повышении температуры тела сосуды кожи расширяются, увеличивается объем крови, протекающей по сосудам кожи, что приводит к охлаждению крови в сосудах кожи за счет теплоотдачи с поверхности тела (рис. 1.26).

Рис. 1.26. Механизм теплоотдачи на холоде (А) и в тепле (Б)

Дополнительными средствами терморегуляции могут служить изменение положения тела, "гусиная кожа", озноб. Так, когда человеку холодно, он сворачивается в "клубочек", уменьшая поверхность теплоотдачи. "Гусиная кожа" – рудиментарная реакция, сохранившаяся у человека в процессе эволюции от животных предков, покрытых шерстью, – позволяет поднять шерсть, увеличив таким образом слой согретого неподвижного воздуха вокруг туловища и закрыть выводные протоки потовых желез, уменьшая испарение воды с поверхности тела. Озноб, возникающий при переохлаждении, приводит к дополнительному образованию тепла в результате мышечной работы (мелкой дрожи), идущему на согревание тела.

Изменение терморегуляции в онтогенезе. В процессе онтогенеза способность поддерживать постоянную температуру тела развивается постепенно. Новорожденный ребенок отличается неустойчивой терморегуляцией: у него легко возникает охлаждение или перегревание организма при изменении температуры окружающей среды, даже небольшая мышечная нагрузка (длительный плач) может привести к повышению температуры тела. Очень низка способность к терморегуляции у недоношенных детей, поэтому они нуждаются в специальных условиях для поддержания температуры тела.

Основные терморегуляторные реакции организма формируются в младенческом возрасте. В первые месяцы жизни защита от потери тепла организмом осуществляется главным образом подкожной жировой клетчаткой. Такой статичный механизм не позволяет в достаточной степени регулировать теплоотдачу в соответствии с текущей ситуацией, поэтому дети младенческого возраста легко подвержены переохлаждению и перегреванию. Организм ребенка приспособлен к уменьшению теплоотдачи с относительно большой поверхности тела преимущественно за счет теплоизоляции подкожной жировой клетчаткой. Кроме того, в этом возрасте в организме ребенка функционирует бурая жировая ткань. Она насыщена митохондриями, участвующими во внутриклеточных энергетических процессах, и "согревает" крупные сосуды, расположенные вдоль позвоночника. Сосудодвигательные реакции, определяющие тонус поверхностно расположенных сосудов и регулирующие теплоотдачу, активно формируются на протяжении первого года жизни. Так как они еще несовершенны, легко возникает переохлаждение или перегревание организма, поэтому при уходе за младенцами и их воспитании тепловой режим должен соблюдаться достаточно строго. После года к производству тепла начинают подключаться мышцы, а бурая жировая ткань постепенно перестает функционировать. Однако механизмы теплоотдачи еще несовершенны и температура комфорта остается высокой – около 30°С. В возрасте от 3 до 7 лет значительное место занимают механизмы химической (метаболической) терморегуляции. С 6-летнего возраста начинается быстрое совершенствование сосудодвигательных реакций периферических сосудов и к 10 годам физическая терморегуляция приближается по своей эффективности к уровню взрослого человека. В подростковом возрасте увеличивается скорость кровотока, что приводит к повышению температуры кожи. Кроме этого, неустойчивость сосудистого тонуса, свойственная этому возрасту, снижает возможности физической терморегуляции и для поддержания постоянства температуры тела опять становится необходимым увеличение производства тепла за счет активизации метаболических процессов. Следовательно, в пубертатный период возможности терморегуляции снижаются, сокращая определенным образом адаптационные ресурсы организма. В юношеском возрасте температурный гомеостаз становится более устойчивым, терморегуляторные реакции более экономичными. В пожилом и старческом возрасте замедляются обменные процессы, снижаются возможности адаптационной регуляции тонуса сосудов и мышечного компонента физической терморегуляции, что приводит к снижению температуры тела, легкому возникновению переохлаждения организма, воспалительных и простудных заболеваний.

Вопрос №4

1) Тепловой баланс организма

Уравнение теплового баланса: M±QT ± QC ± QR – QE = 0

M - теплопродукция (количество тепла, которое выделяется в организме в сутки).

знак “+” если температура окружающей среды больше температура кожи.

знак “-” если температура кожи больше температура окружающей среды.

1. Теплопроводность - QT 2. Конвекция - QC 3. Излучение - QR 4. Испарение - QE

В организме любого живого существа непрерывно выделяется тепло. Это тепло должно отводится в окружающую среду, иначе организм перегреется и погибнет. Однако, и слишком быстрая отдача тепла опасна для организма – она приводит к переохлаждению. Поэтому важно в любых условиях обеспечить наиболее выгодный темп теплоотдачи. При этом необходимо учитывать, что теплообмен осуществляется целым рядом механизмов, с которыми врач должен быть хорошо знаком.

Основная часть тепла выделяется в мышцах и внутренних органах, отдача же тепла идёт с поверхности тела (с кожи). Ткани организма плохо проводят тепло, поэтому почти всё тепло переносится изнутри к поверхности с током крови. В коже и подкожной клетчатке находится большое количество кровеносных сосудов. Проходя по ним, кровь отдаёт тепло наружу.

2) Основные способы теплообмена организма.

Теплопроводность – это перенос тепла за счёт усиления молекулярного движения в веществе.

Нетрудно получить формулу для переноса тепла путём теплопроводности. Пусть поток тепла идёт через слой вещества (ткань, стену и т.д.). (13)

Толщину слоя обозначим х, а площадь S. Слева температура равна Т 1 , а справа (пусть Т 1> Т 2 ). Очевидно, что количество тепла Q, прошедшее через слой за время t , прямо пропорционально разности температур, площади и времени и обратно пропорционально толщине слоя. Кроме того, надо учесть свойства вещества; для этого вводят коэффициент теплопроводности К.

Конвекцией называют перенос тепла, связанный с движением газа или жидкости. Например, от каждого человека кверху поднимается поток тёплого воздуха, на место которого притекает со стороны холодный. То же происходит вокруг любого нагретого тела, например – батареи отопления. Такой тип теплопередачи называется естественной конвекцией ; для человека он не очень эффективен. Значительно больше тепла уносится при принудительной конвекции , когда движение воздуха создаётся внешней причиной (вентилятор, ветер). В этом случае конвекция может стать основной причиной потери тепла.

Количество тепла, теряемое телом за счёт конвекции можно также вычислить по формуле (13), но коэффициент к в этом случае будет зависеть, в первую очередь, от скорости движения воздуха.

И злучение тоже играет существенную толь в теплоотдаче. В обычных комнатных условиях (в том числе, в учебной аудитории) люди путём излучения теряют до 60% тепла. Излучение человека лежит в области инфракрасных лучей (длины волн в диапазоне 3 – 20 микрометров).

Количество тепла, теряемое телом за счёт излучения, вычисляется по формуле:

Q ИЗЛ = σ ·( T 1 4 – T 2 4 ). S . t (14).

Здесь σ = 5,6.10 –8 (в системе СИ; запоминать число не надо), Т 1 –температура поверхности тела, Т 2 – температура окружающих тел. Тут, однако, надо заметить следующее. Воздух почти прозрачен для инфракрасных лучей , поэтому за Т 2 надо брать не температуру воздуха в помещении, а температуру стен, а она может быть заметно ниже температуры воздуха. Например, вполне реальна ситуация, когда лежащий на столе термометр показывает больше 20 0 С (то есть температуру воздуха), а люди в помещении мёрзнут, потому что стены холодные.

При высокой наружной температуре на первый план выступает отдача тепла за счёт испарения . Когда наружная температура приближается к температуре тела, все рассмотренные ранее способы теплоотдачи не работают, потому что разность температур, от которой зависит перенос тепла, делается малой или даже может стать отрицательной.

Количество тепла, уносимое из организма за счёт испарения, можно подсчитать по формуле:

Q ИСП = L · m (15),

где m – масса испарившейся воды, L – удельная теплота испарения воды (2,25 . 10 6 Дж.кг –1 ; запоминать число не надо). У человека испарение, в основном, связано с потоотделением; кроме того, заметную роль играет испарение воды в лёгких. Надо подчеркнуть, что следует учитывать именно количество испарившейся воды, потому что далеко не весь пот фактически испаряется. Здесь очень большое значение имеет влажность воздуха и скорость его движения.

При умеренных и низких температурах испарение тоже уносит часть тепла (в основном, за счёт испарения в лёгких), но большее значение имеют конвекция и излучение.

3) Температурный гомеостаз.

Температура тела человека и многих животных поддерживается постоянной с достаточно высокой точностью. Это свойство организма называют температурным гомеостазом.

4) Способы терморегуляции.

Постоянство температуры тела обеспечивается выработавшейся в ходе эволюции системой терморегуляции. Различают химическую и физическую терморегуляцию.

Химическая терморегуляция основана на изменении скорости и характера биологического окисления. Например, при переохлаждении организма выделяются гормоны, ускоряющие окисление. Кроме того, происходит разобщение окисления и синтеза АТФ: на синтез АТФ идёт не 50% энергии, выделяющейся при окислении, а меньше. Соответственно, больший процент энергии превращается в тепло; организм согревается. Однако, изменение характера биологического окисления неблагоприятно сказывается на состоянии организма, поэтому, как правило, химическая терморегуляция включается лишь в экстремальных ситуациях.

Физическая терморегуляция (играющая в большинстве случаев основную роль) осуществляется за счёт изменения характера кровообращения. При понижении температуры тела сужаются артериолы и мелкие артерии в коже и подкожной клетчатке. Приток крови к поверхности тела уменьшается (это проявляется в том, что кожа белеет). Как следствие, уменьшается передача тепла от внутренних органов и мышц к поверхности тела и отдача тепла в окружающую среду. При повышении температуры тела сосуды расширяются (кожа краснеет), с усилением кровотока увеличивается теплоотдача. Например, в пальцах количество протекающей крови в зависимости от температуры может меняться в сотни раз! При повышении температуры существенное значение имеет также усиленное потоотделение.