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.