Generarea de căldură, sau producția de căldură, este determinată de intensitatea metabolismului. Reglarea producției de căldură prin creșterea sau scăderea metabolismului este denumită termoreglare chimică.
Căldura produsă de corp este transmisă în mod constant mediului extern din jurul acestuia. Dacă nu exista transfer de căldură, corpul ar muri din cauza supraîncălzirii. Transferul de căldură poate crește și scade. Reglarea transferului de căldură prin modificarea funcțiilor fiziologice care îl realizează este denumită termoreglare fizică.
Cantitatea de căldură generată în organism depinde de nivelul metabolismului din organe, care este determinat de funcția trofică a sistemului nervos. Nai cantitate mare căldura este generată în organele cu metabolism intens - în mușchii scheletici și în glande, în principal în ficat și rinichi. Cea mai mică cantitate de căldură este eliberată în oase, cartilaj și țesutul conjunctiv.
Când temperatura crește mediu inconjurator generarea de căldură scade, iar când scade, crește. În consecință, există o relație invers proporțională între temperatura mediului exterior și generarea de căldură. Vara, generarea de căldură scade, iar iarna crește.
Relația dintre generarea de căldură și pierderea de căldură depinde de temperatura mediului ambiant. La un mediu de 15-25°C, generarea de căldură în repaus în îmbrăcăminte este la același nivel și este echilibrată prin transfer de căldură (zonă de indiferență). Când temperatura mediului este sub 15°C, în aceleași condiții, producția de căldură crește la 0°C și scade treptat până la 15°C (zona inferioară de schimb crescut). Dacă temperatura mediului este de 25-35°C, metabolismul scade oarecum (o zonă de metabolism redus) și se păstrează termoreglarea. Odată cu o creștere a temperaturii mediului peste 35 ° C, are loc o încălcare a termoreglării, creșterea metabolismului și a temperaturii corpului (zona superioară a metabolismului crescut, zona de supraîncălzire). În consecință, o creștere a temperaturii mediului extern sau încălzirea corpului reduce producția de căldură doar la un anumit nivel la o anumită temperatură a mediului extern. Această temperatură este numită critică, deoarece creșterea ei în continuare duce nu la o scădere, ci la o creștere a generării de căldură și la o creștere a temperaturii corpului. În același mod, în timpul răcirii, există o temperatură critică a mediului extern, sub care producerea de căldură începe să scadă.
Odată cu odihna musculară, creșterea producției de căldură în timpul răcirii corpului este nesemnificativă.
O creștere deosebit de semnificativă a generării de căldură la o temperatură ambientală scăzută este observată în timpul tremurului și al lucrului muscular. Contracții musculare neregulate, mici - tremur și mișcări crescute pe care o persoană le face la frig pentru a se încălzi și a scăpa de frisoane sau frisoane, crește funcțiile trofice, crește semnificativ metabolismul și producția de căldură. Producția de căldură este oarecum crescută, iar cu pielea de găină, contracția mușchilor foliculilor de păr.
Trebuie luat în considerare faptul că mersul pe jos crește producția de căldură de aproape 2 ori, iar alergarea rapidă - de 4-5 ori, temperatura corpului poate crește cu câteva zecimi de grad, iar creșterea temperaturii în timpul muncii accelerează procesele oxidative și, prin urmare, contribuie. la oxidarea produselor de degradare a proteinelor. Cu toate acestea, cu munca intensivă prelungită la o temperatură ambientală peste 25 ° C, temperatura corpului poate crește cu 1-1,5 ° C, ceea ce provoacă deja schimbări și tulburări în viață. Când în timpul lucrului muscular la o temperatură ambientală ridicată, temperatura corpului crește la mai mult de 39 ° C, poate apărea un insolat. Mușchii reprezintă 65-75% din generarea de căldură, iar în timpul muncii intense chiar 90%.
Restul căldurii este generată în organele glandulare, în principal în ficat.
Corpul în repaus pierde continuu căldură: 1) prin radiație de căldură, sau prin transfer de căldură de la piele în aerul înconjurător; 2) conducerea căldurii sau transferul direct de căldură către acele obiecte care vin în contact cu pielea; 3) evaporarea de la suprafața pielii și a plămânilor.
În repaus, 70-80% din căldură este transmisă mediului de către piele prin radiația și conducerea căldurii, iar aproximativ 20% prin evaporarea apei în piele (transpirație) și în plămâni. Transferul de căldură prin încălzirea aerului expirat, urinei și fecalelor este neglijabil, este de 1,5-3% din transferul total de căldură.
În timpul lucrului muscular, transferul de căldură prin evaporare crește brusc (la om, în principal prin transpirație), ajungând până la 90% din totalul generat de căldură zilnic.
Transferul de căldură prin radiație de căldură și conducerea căldurii depinde de diferența de temperatură dintre piele și mediu. Cu cât temperatura pielii este mai mare, cu atât este mai mare transferul de căldură în aceste moduri. Temperatura pielii depinde de fluxul de sânge către ea. Odată cu creșterea temperaturii ambiante, arteriolele și capilarele pielii. Dar, deoarece diferența de temperatură a pielii scade, valoarea absolută a transferului de căldură la temperaturi ambientale ridicate este mai mică decât la cele scăzute.
Când temperatura pielii se compară cu temperatura ambiantă, transferul de căldură se oprește. Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii ambientale, pielea nu numai că nu pierde căldură, dar se încălzește ea însăși. În acest caz, transferul de căldură prin radiație de căldură și conducerea căldurii este absent și se păstrează doar transferul de căldură prin evaporare.
Dimpotrivă, la frig, arteriolele și capilarele pielii se îngustează, pielea devine palidă, cantitatea de sânge care curge prin câine scade, temperatura pielii scade, diferența de temperatură dintre piele și mediu este netezită, iar transferul de căldură scade.
O persoană reduce transferul de căldură prin huse artificiale (lenjerie, îmbrăcăminte etc.). Cu cât mai mult aer în aceste capace, cu atât este mai ușor să reținem căldura.
Reglarea transferului de căldură prin evaporarea apei joacă mare rol, în special în timpul muncii musculare și o creștere semnificativă a temperaturii ambientale. Când 1 dm 3 de apă se evaporă de pe suprafața pielii sau a mucoaselor, organismul pierde 2428,4 kJ.
Pierderea apei din piele se produce din cauza pătrunderii apei din țesuturile profunde la suprafața pielii și în principal datorită funcționării glandelor sudoripare. La o temperatură medie a mediului, o persoană adultă pierde zilnic 1674,8-2093,5 kJ prin evaporarea pielii.
În legătură cu o creștere bruscă a transpirației cu creșterea temperaturii ambientale și în timpul lucrului muscular, transferul de căldură crește, de asemenea, în mod semnificativ, deși nu toată transpirația se evaporă.
Pierderile mari de transpirație sunt însoțite de pierderea unor cantități mari de săruri minerale, deoarece numai conținutul de sare de masă în transpirație este de 0,3-0,6%. Odată cu pierderea a 5-10dm 3 de transpirație, se pierd 25-30 de grame de sare. Prin urmare, dacă setea care decurge din transpirația abundentă este satisfăcută cu apă, apar tulburări severe din cauza pierderii unor cantități semnificative de săruri (convulsii etc.). Deja cu pierderea a 2 dm 3 de transpirație se obține o deficiență de săruri în organism. Aceste pierderi sunt reumplute prin băut apă care conține 0,5-0,6% sare de masă, care se recomandă să bea cu transpirație abundentă prelungită.
Evaporarea apei are loc în mod constant de la suprafața plămânilor. Aerul expirat este saturat în proporție de 95-98% cu vapori de apă și, prin urmare, cu cât aerul inhalat este mai uscat, cu atât se degajă mai multă căldură prin evaporare din plămâni. În condiții normale, plămânii se evaporă zilnic 300-400 cm 3 de apă, ceea ce corespunde la 732,7-962,9 kJ. La temperaturi ridicate, respirația se accelerează, iar la frig devine rară. Evaporarea apei de la suprafața pielii și a plămânilor devine singura modalitate de transfer de căldură atunci când temperatura aerului atinge temperatura corpului. În aceste condiții, mai mult de 100 cm 3 de transpirație pe oră se evaporă în repaus, ceea ce face posibilă eliberarea a aproximativ 251,2 kJ pe oră.
Evaporarea apei de la suprafața pielii și a plămânilor depinde de umiditatea relativă a aerului. Se oprește în aerul saturat cu vapori de apă. Prin urmare, rămânerea în aer cald umed, cum ar fi o baie, este greu de suportat. În aerul umed, o persoană nu se simte bine, chiar și la o temperatură ambientală relativ scăzută - la 30 ° C. Îmbrăcămintea din piele și cauciuc este prost tolerată, deoarece este impermeabilă și face imposibilă evaporarea transpirației, astfel încât transpirația se acumulează sub astfel de îmbrăcăminte. Cu temperatura ridicată a aerului și munca musculară în îmbrăcămintea din piele și cauciuc, temperatura corpului unei persoane crește.
Supraîncălzirea unei persoane într-un loc saturat cu vapori de apă este deosebit de periculoasă, deoarece face imposibilă eliminarea excesului de căldură în cel mai eficient mod - evaporarea.
Dimpotrivă, în aer uscat, o persoană tolerează relativ ușor o temperatură semnificativ mai mare decât în aerul umed.
Mișcarea aerului este de mare importanță pentru creșterea transferului de căldură prin radiație, conducție și evaporare a căldurii. Creșterea vitezei de mișcare a aerului crește transferul de căldură. În curent și în vânt, pierderile de căldură cresc dramatic. Dar dacă aerul din jur are o temperatură ridicată și este saturat cu vapori de apă, atunci mișcarea aerului nu se răcește. În consecință, termoreglarea fizică este asigurată de: 1) sistemul cardiovascular, care determină afluxul și ieșirea sângelui în vasele de sânge ale pielii și, în consecință, cantitatea de căldură degajată de piele către mediu; 2) sistemul respirator, adică modificări ale ventilației pulmonare; 3) o modificare a funcției glandelor sudoripare.
Transferul de căldură este reglat de sistemul nervos și prin hormoni. Reflexele condiționate la un mediu în care corpul a fost încălzit sau răcit în mod repetat sunt de o importanță esențială.
Modificările funcțiilor sistemului cardiovascular, ale respirației și ale glandelor sudoripare sunt reglate reflexiv prin iritarea organelor senzoriale externe și în special iritarea receptorilor pielii cu modificări ale temperaturii mediului, precum și iritarea terminațiilor nervoase ale organelor interne cu fluctuații de temperatură în interiorul corp. Mecanismele fiziologice ale termoreglării fizice sunt realizate de emisferele cerebrale, diencefal, medular oblongata și măduva spinării.
Transferul de căldură se modifică atunci când intră hormonii, care modifică funcțiile organelor implicate în termoreglarea fizică.
10 august 2017Literal zilele trecute, în timp ce zăcea cu o temperatură, s-a întrebat nu numai întrebarea, ci și, de exemplu, de ce, în timpul unei boli, o persoană aruncă fie în căldură, fie în frig.
După ce am aprofundat această întrebare, am învățat o mulțime de lucruri noi pentru mine...
Reacțiile chimice în întregul corp generează căldură atunci când alimentele sunt descompuse. Sângele transportă această căldură și hrănește celulele corpului de-a lungul drumului, luând produse de descompunere și toxine care sunt eliminate în rinichi și ficat.
Toate reacții chimiceîn organism (până la depresie) emit căldură. Sângele este încălzit prin eliberarea acestei călduri, iar acest lucru are ca rezultat încălzirea întregului corp la o temperatură de 36,6. Dar, atunci când o persoană este bolnavă, intensitatea reacțiilor chimice din organism crește, pe măsură ce organismul luptă împotriva infecțiilor (bacteriile dăunătoare) și temperatura crește.
Procesele energetice au loc în fiecare celulă a corpului, adică nu există un organ de încălzire separat în organism. În celulele sanguine au loc și procese cu eliberare de căldură.
Sângele este încălzit, circulând în organele și țesuturile corpului uman. Și corpul uman se încălzește din cauza reacțiilor exoterme care apar continuu în ele. Aceste reacții apar în toate organele și țesuturile, dar nu la fel de intense.
În țesuturile și organele care efectuează o muncă activă - în țesutul muscular, ficat, rinichi, se eliberează mai multă căldură decât în cele mai puțin active - țesut conjunctiv, oase, cartilaj.
Astfel, ficatul, situat adânc în interiorul corpului și dând o producție mai mare de căldură, are o temperatură mai mare și constantă la om (37,8-38 ° C) în comparație cu pielea, a cărei temperatură este mult mai scăzută (în zonele acoperite cu haine 29,5). -33 9 °C) și este mai dependentă de mediu. Deci ficatul poate fi considerat pe drept cel mai fierbinte organ.
Sângele care circulă în țesuturi se încălzește în țesuturile active (răcindu-le astfel) și se răcește în piele (încălzind-o simultan). Acesta este transferul de căldură.
O persoană este încălzită printr-o reacție chimică de oxidare a glucozei cu oxigenul atmosferic în celulele corpului. Și sângele transportă căldură doar mai mult sau mai puțin uniform în tot corpul. Iar temperatura corpului se menține constantă datorită transferului de căldură: căldura se pierde cu aerul expirat cald, prin suprafața întregului corp - în aer, în timpul evaporării transpirației.
Un sistem special de termoreglare asigură un echilibru între câștig și pierdere de căldură.
Dacă temperatura corpului este sub 36-37 de grade, atunci procesele vitale vor începe să încetinească, dacă este peste 40, atunci proteina va începe să se coaguleze (cu carne stropită cu apă clocotită, ați văzut ce se întâmplă?). Hipotalamusul este responsabil de termoreglare (aceasta este în creier), este ca un termostat.
Sursa de căldură din organism sunt toate țesuturile. Sângele, care curge prin țesuturi, se încălzește. Ficatul și mușchii scheletici degajă mai multă căldură sângelui decât alte organe. O creștere a temperaturii ambientale determină o scădere reflexă a metabolismului, astfel încât generarea de căldură în organism scade. Scăderea temperaturii ambientale determină o creștere reflexă a metabolismului și creșterea generării de căldură. Generarea de căldură este, de asemenea, sporită de activitatea musculară. Contracția musculară involuntară (tremurul) este principala formă de creștere a producției de căldură.
Transferul de căldură se realizează în mai multe moduri:
- Prin conducere - aerul este încălzit, obiectele din jur în contact cu căldura.
- Prin radiație - un corp încălzit radiază căldură (sub formă de raze infraroșii).
- Prin evaporare - apa și transpirația se evaporă de pe suprafața pielii.
Reglarea constantă a temperaturii corpului se realizează pe cale neuroumorală.
Fluctuațiile temperaturii ambientale sunt percepute de receptori speciali - termoreceptori. Există o mulțime de ele în piele, mucoasa bucală, tractul respirator superior. Termoreceptorii cutanați sunt foarte sensibili la fluctuațiile temperaturii ambientale; În ele apar impulsuri nervoase, care se deplasează de-a lungul fibrelor nervoase aferente (centripete) până la măduva spinării. Prin căile de conducere, impulsul nervos ajunge la talamus, hipotalamus și cortexul cerebral.
Centrul de termoreglare este situat în hipotalamus. Neuronii hipotalamusului sunt excitați sub influența impulsurilor nervoase primite de la termoreceptori. Din centrul termoreglării, impulsurile nervoase de-a lungul fibrelor nervoase eferente (centrifuge) vor merge către mușchi, vasele de sânge (îngustarea sau extinderea vaselor pielii), până la glandele sudoripare.
Reglarea umorală (hormonală)
- Hormonii glandei tiroide, glandelor suprarenale și pancreasului intensifică procesele oxidative, de exemplu. crește metabolismul și temperatura corpului.
- Glanda pituitară inhibă secreția de hormoni tiroidieni, adică. reduce metabolismul și temperatura corpului.
Temperatura corpului fiecărei persoane fluctuează într-un interval mic în timpul zilei, rămânând în intervalul de la 35,5 la 37,0 ° C pentru persoana sanatoasa. Urmând ritmul zilnic, cea mai scăzută temperatură a corpului se observă dimineața, în jurul orei 6, iar valoarea maximă este atinsă seara.
La fel ca multe alte bioritmuri, temperatura urmează ciclul zilnic al Soarelui, nu nivelul nostru de activitate. Oamenii care lucrează noaptea și dorm ziua arată același ciclu de temperatură ca toți ceilalți.
O temperatură sub 35°C indică o boală gravă (de obicei rezultatul expunerii la radiații). Victimele hipotermiei intră în stupoare dacă temperatura corpului lor scade sub 32,2 ° C, majoritatea leșin la 29,5 ° C și mor sub 26,5 ° C. Recordul de supraviețuire în condiții de hipotermie este de 14,2 ° C, iar în studiile experimentale - 8,8 ° C.
Temperatura este influențată de sex și vârstă. La fete, temperatura corpului se stabilizează la 13-14 ani, iar la băieți la aproximativ 18 ani. Temperatura medie a corpului bărbaților este cu aproximativ 0,5–0,7 °C mai mică decât cea a femeilor.
Multe boli ale sistemului endocrin și tumori cerebrale care afectează zona hipotalamusului provoacă încălcări pronunțate și adesea persistente ale termoreglării. De exemplu, o criză tireotoxică (însoțită de o eliberare bruscă a hormonilor T3 și T4 în sânge) duce la o creștere bruscă a temperaturii corpului, depășind adesea punct criticși provocând moartea pacientului.
Organismele au un răspuns special la pătrunderea unor substanțe străine în mediul intern - febră. Febra este o stare a corpului în care centrul de termoreglare stimulează creșterea temperaturii corpului. Acest lucru se realizează prin rearanjarea mecanismului „punct de referință” la o temperatură de reglare mai mare decât cea normală.
Deci, care este temperatura normală? Este în general acceptat că temperatura corpului uman este exact de 36,6 grade. Este permisă o ușoară abatere într-o parte sau cealaltă.
Pe baza stării persoanei, a condițiilor climatice din jur și a orei zilei, precum și a altor parametri, temperatura corpului poate fi de la 35,5 la 37,4 grade. Trebuie remarcat faptul că media regim de temperatură femeile sunt mai mari, spre deosebire de bărbați - cu 0,5 grade.
La axilă, temperatura corpului ar trebui să fie 36,3-36,9, în gură - 36,8-37,3, în rect 37,3-37,7 și aceasta este o temperatură normală.
Un punct interesant este că temperatura medie a corpului poate diferi în funcție de naționalitate. De exemplu, japonezii au o medie de 36 de grade, în timp ce australienii au toate 37.
În timpul zilei, temperatura corpului unei persoane poate fluctua cu aproximativ un grad. Temperatura corporală cea mai scăzută are loc dimineața, iar cea mai ridicată după-amiaza târziu.
La femei, temperatura corpului poate varia în funcție de ciclul menstrual. Există oameni pentru care o temperatură de 38 este normală și nu este un simptom al dezvoltării bolii.
Fiecare organ din corpul uman are și propria sa temperatură.
Pentru a măsura corect temperatura în axilă, trebuie să urmați aceste recomandări:
- Asigurați-vă că axila este uscată.
- Luați un termometru, ștergeți-l cu o cârpă uscată, îl puteți reduce la 35.
- În axilă, așezați-o astfel încât vârful umplut cu mercur să fie în contact strâns cu corpul.
- Țineți cel puțin 10 minute.
- Puteți evalua rezultatul.
Cum să măsurați corect temperatura în gură:
- Înainte de a măsura temperatura în gură, trebuie să petreceți cinci minute în repaus.
- Dacă aveți proteze dentare în gură, îndepărtați-le.
- Dacă termometrul este normal, ștergeți-l și puneți-l sub limbă pe ambele părți.
- Închideți gura, așteptați 4 minute.
Și ce este febra - o senzație de exces de căldură, de obicei asociată cu o creștere a temperaturii corpului uman. Poate fi cauzată și de modificări funcționale ale sistemului nervos, hiperemie și metabolism crescut în țesuturi. Este unul dintre simptomele febrei.
De regulă, febra este o creștere a temperaturii normale a corpului cu 1 ° sau mai multe grade Celsius, asociată cu frisoane și transpirație (la temperaturi peste 40 ° - delir). Depășirea temperaturii corpului cu mai mult de 5,5 grade poate duce la leziuni permanente ale creierului. Există o ipoteză că o astfel de creștere a temperaturii corpului suprimă reproducerea microorganismelor patogene și, împreună cu o creștere a intensității procese biochimice crește rezistența organismului.
In functie de cauzele care determina cresterea temperaturii, hipotalamusul poate lucra atat pentru a o creste, cat si pentru a o scadea. Odată cu o creștere puternică a temperaturii corpului, metabolismul în organism este perturbat, deoarece activitatea enzimelor este perturbată.
Se tratează în general cu antipiretice (cum ar fi acid acetilsalicilic, dipironă, paracetamol), comprese reci și repaus la pat.
Pe lângă căldură, mai răcește, dar aceasta este o reacție diferită. Frisoanele este o senzație de frig cauzată de spasme ale vaselor de sânge superficiale (cutanate), însoțite de tremurături musculare (în principal ale mușchilor masticatori, apoi mușchii centurii scapulare, spatelui și membrelor) și spasme ale mușchilor pielii („bup de găină). ").
Frisoanele apar adesea cu hipotermie, precum și la debutul febrei cu infecții, leziuni și alte boli. Odată cu frisoanele, eliberarea căldurii de către organism către mediul extern scade, iar producția acesteia crește (din cauza contracțiilor musculare), ceea ce duce la creșterea temperaturii corpului, după care frigul se termină de obicei.
Frisoanele apar și în mijlocul febrei, dacă temperatura corpului fluctuează brusc. Dar cel mai adesea, ca urmare a dezvoltării acute a unei reacții febrile în timpul proceselor infecțioase, autoimune, alergice sau ca răspuns la introducerea parenterală (nu prin stomac, de exemplu, intravenos și intramuscular) a unor proteine străine, complexe mucopolizaharide și alte substanțe pirogene. în organism în timpul tratamentului unui pacient (de exemplu, cu transfuzie de sânge, introducerea pirogenului).
Spre deosebire de frisoane, frisonul, care poate fi observat, de exemplu, în nevroze, este doar o senzație subiectivă. La o persoană sănătoasă, frisoanele apar sub acțiunea frigului ca o reacție normală de protecție a organismului. La oamenii ușor de excitat, frisoanele pot apărea și cu o emoție puternică sau frică.
Surse:
Homeostazia termică este condiția principală a vieții. Generarea de căldură este indisolubil legată de metabolismul energetic. Factorul care asigură fluxul continuu al metabolismului în organe și țesuturi este o anumită temperatură a sângelui, care este menținută prin mecanisme specializate de autoreglare.
Persoana îi aparține homoiotermic organisme care produc multă căldură și se caracterizează printr-o relativă constanță a temperaturii corpului, ușor modificându-se în timpul zilei. O persoană poate tolera fluctuațiile de temperatură în mediul intern în intervalul de la 25 la 43 0 C.
Factorul de temperatură determină viteza proceselor enzimatice, absorbția, conducerea excitației și contracția musculară.
Temperatura corpului uman este diferită în zonele superficiale și profunde. Părțile interne ale corpului, care reprezintă aproximativ 50% din masa sa, se numesc „ miez". Aceasta include creierul organe interneși sânge. Temperatura centrală este relativ stabilă. De exemplu, temperatura sângelui din atriul drept și temperatura treimii inferioare a esofagului din apropierea inimii variază ușor și este de aproximativ 36,7-37 0 C. În diferite părți ale „nucleului” fluctuațiile de temperatură variază de la 0,2 la 1,2 0 C. Evaluarea temperaturii „nucleu” se realizează în anumite zone ușor accesibile ale corpului, a căror temperatură practic nu diferă de temperatura „nucleului”. Aceste locuri sunt rectul, cavitatea bucală și axila. În același timp, temperatura orală (sublinguală) este de obicei cu 0,2-0,5 0 C mai mică decât cea rectală, iar temperatura axilară (în fosa axilară) este cu 0,5-0,8 0 C mai mică decât cea rectală. cufăr marginea stratului interior al „nucleului” aproape ajunge la axilă, totuși, pentru a realiza acest lucru, trebuie să treacă cel puțin 10 minute. Pentru a determina temperatura țesutului, se folosesc diverse tipuri de termometre, precum și o metodă optică - termoviziografia.
« coajă” se numește stratul de suprafață al corpului cu o grosime de 2,5 cm, care se caracterizează prin diferențe foarte mari de temperatură în diferite zone. În plus, această temperatură depinde de temperatura mediului ambiant. Asimetria temperaturii este uneori observată în jumătatea dreaptă și stângă a „cochiliei”. Temperatura medie a pielii unei persoane goale este (la o temperatură exterioară confortabilă) 33-34 0 C. În același timp, temperatura pielii piciorului este mult mai mică decât temperatura părților proximale ale inferioarei. extremități și, într-o măsură și mai mare, temperatura trunchiului și a capului. Temperatura pielii din zona piciorului în condiții confortabile este de 24-28 0 C, iar atunci când condițiile externe se schimbă, este de 13-53 0 C. Temperatura diferitelor părți ale corpului uman în condiții reci și calde este afișată în Figura 1.
La majoritatea mamiferelor, temperatura corpului corespunde intervalului de 36-39 0 C. Intensitatea metabolismului (producția de căldură) este determinată atât de greutatea corporală, cât și de cantitatea de transfer de căldură de la suprafața corpului. În conformitate cu aceasta, la animalele cu dimensiuni corporale mici și cu un raport mai mare dintre suprafața și greutatea corporală decât la animalele mari, producția de căldură este cu 1 kg de greutate corporală mai mare.
Temperatura corpului uman fluctuează în timpul zilei în intervalul 0,3-1,5 0 C, mai des 1,0 0 C. Aceste fluctuații se bazează pe ritmul endogen, care este determinat de „ceasul biologic” al corpului, sincronizat în modul „zi-noapte”. Ritmul fluctuațiilor de temperatură sincronizate cu ciclul menstrual este clar exprimat. Alte ritmuri se suprapun ritmului schimbărilor de temperatură diurnă.
Temperatura corpului este determinată de raportul dintre producția de căldură și pierderea de căldură. Atunci când nu corespund între ele, sistemul fiziologic de termoreglare modifică adaptativ producția de căldură sau pierderea de căldură. Acest lucru asigură stabilitatea relativă a temperaturii mediului intern al corpului. Când temperatura ambientală se modifică în intervalul 21-53 0 C, temperatura corpului unei persoane goale poate rămâne stabilă timp de câteva minute.
Producția de căldură (termoreglarea chimică) este o modalitate de a menține temperatura corpului la un nivel optim pentru metabolism, realizată prin modificarea intensității reacțiilor metabolice exoterme, în timpul cărora se generează căldură. Cea mai mare cantitate de căldură este generată în organele cu metabolism intens: ficat, rinichi, glande endocrine și digestive, mușchii scheletici. Este generată mai puțină căldură în oase, cartilaj și țesutul conjunctiv. Mâncatul crește intensitatea proceselor metabolice cu 30%. Proteinele au cel mai pronunțat efect dinamic specific, urmate de carbohidrați și grăsimi. Termoreglarea chimică depinde de o serie de factori: caracteristicile individuale ale corpului, temperatura ambiantă, intensitatea muncii musculare, natura nutriției, starea emoțională, aportul de oxigen al corpului, gradul de radiație ultravioletă, intensitatea lumina vizibila. Distingeți producția de căldură contractilă și necontractilă.
Producția de căldură contractilă asociate cu contractii musculare voluntare si involuntare. Abrevieri arbitrare conduc la o creștere multiplă a generării de căldură, în timp ce pierderile de căldură cresc și datorită transferului crescut de căldură prin convecție. Adică, reducerile arbitrare sunt o modalitate prea risipitoare de a crește producția de căldură. contractii involuntare muşchii se găsesc în două variante: frison şi tonus termoreglator. Fior este o modalitate economică de producere a căldurii, deoarece acest tip de activitate motorie contractilă asigură transferul întregii energii a contracției musculare în energie termală. Tonul termoreglator se dezvoltă în principal în mușchii spatelui și gâtului. Producția de căldură crește în același timp cu 40-50%. Contractiile tonice termoreglatoare apar atunci cand temperatura ambianta scade cu 2 0 C fata de nivelul de confort. Astfel de contracții au caracterul unui tetanos zimțat, apropiat de modul contracțiilor unice și sunt mai adaptative, deoarece în acest caz, cu expunerea periodică repetată la frig, se formează modificări ale structurilor tisulare - o urmă structurală de adaptare. Una dintre manifestările unor astfel de modificări structurale și adaptative este creșterea numărului de fibre roșii (lente) în mușchii scheletici, care îndeplinesc în principal o funcție tonifică.
Producția de căldură necontractilă exprimată semnificativ în organismul adaptat frigului. Ponderea unui astfel de mecanism în asigurarea creșterii producției de căldură la frig poate fi de 50-70%. Acest fenomen se dezvoltă în diverse țesuturi, dar țesutul adipos brun este un substrat specific. Acest țesut este localizat la om în gât, între omoplați, în mediastin în apropierea aortei, a venelor mari și a lanțului simpatic. Cantitatea de țesut adipos brun este de 1-2% din greutatea corporală, dar cu adaptare poate crește până la 5% din greutatea corporală. Rata de oxidare a acizilor grași în țesutul adipos maro este de 20 de ori mai mare decât a țesutului adipos alb. Sub acțiunea frigului în acest țesut, fluxul sanguin și nivelul metabolismului cresc, iar temperatura crește. Țesutul adipos maro încălzește vasele mari de sânge din apropiere.
Transferul de căldură (termoreglarea fizică) este o modalitate de a menține temperatura corpului prin transferarea căldurii către mediu. Transferul de căldură este realizat de procese fizice: conducție termică, radiație termică, convecție și evaporare. Pielea este un organ eficient de transfer de căldură datorită prezenței în ea a unui număr mare de glande sudoripare și anastomoze arteriolo-venulare. Fluxurile de căldură către suprafața corpului sunt transportate în principal de sânge. Fluxul sanguin variază semnificativ cu o modificare a lumenului vaselor, în special, starea anastomozelor arteriolo-venulare. Mecanismele de transfer de căldură în condiții de temperatură ambientală scăzută și ridicată sunt prezentate în Figura 2.
Convecție- deplasarea stratului de aer încălzit de piele în sus și înlocuirea acestuia cu aer mai rece. Convecția are loc atunci când pielea este mai caldă decât aerul din jur.
Deținere apare în principal atunci când o persoană este scufundată în apă, a cărei temperatură este sub neutră (31-36 0 C). Datorită faptului că conductivitatea termică a apei este de 25 de ori mai mare decât conductibilitatea termică a aerului, pielea umană este răcită în apă de 50-100 de ori mai repede. Dacă temperatura apei este aproape de zero, atunci moartea poate apărea în 1-3 ore, deoarece corpul uman se răcește cu o viteză de 6 0 C pe oră. În apă, transferul de căldură are loc de câteva ori mai rapid și pentru că, pe lângă conducție, în apă are loc și convecția. O creștere a grăsimii corporale limitează efectul transferului de căldură în apă prin convecție.
Radiația de căldură furnizate de raze infrarosii cu lungimea de unda de 5-20 microni. Aceste raze sunt emise de piele în prezența obiectelor din apropiere cu o temperatură mai scăzută. O persoană goală poate pierde până la 60% din căldură în acest fel.
Evaporarea căldurii reprezintă aproximativ 20% din transferul de căldură al corpului uman la o temperatură ambientală confortabilă. Acesta este singurul mod de a elibera căldură în mediu dacă temperatura acestuia este egal cu temperatura corp. Prin evaporarea a 1 litru de apă, o persoană poate degaja o treime din căldura totală generată în repaus în timpul zilei. Există două opțiuni pentru evaporarea apei de la suprafața corpului: evaporarea transpirației ca urmare a eliberării sale şi evaporarea apei adus la suprafata prin difuzie. transpiraţie- o parte integrantă a reacției holistice a organismului la expunerea termică. Evaporarea transpirației eliberate contribuie la pierderea căldurii. Evaporarea apei prin difuzie are loc prin mucoasele tractului respirator. Pierderile de căldură din cauza respirației reprezintă 10-13% din transferul total de căldură al corpului. Căldura este eliberată și în urină și fecale.
Mecanisme de reglare a producerii și transferului de căldurăTermorecepția se realizează prin terminațiile libere ale fibrelor senzoriale subțiri de tip A și C. Există termoreceptori centrali și periferici.
Termoreceptori ai pielii transmite semnale despre schimbările de temperatură a mediului către centrele de termoreglare și oferă, de asemenea, formarea de senzații de temperatură. Numărul de receptori de frig din piele este de multe ori mai mare decât numărul de receptori de căldură. Predomină și receptorii de frig din organele și țesuturile interne.
In central sistem nervos- coloanei vertebrale și mijlocul creierului, precum și în hipotalamus - există termoreceptorii centrali, care se numesc termosenzori. Aparatele centrale ale sistemului fiziologic de termoreglare au un număr mare de canale de intrare. Astfel, termosenzorii pot fi excitați atunci când sunt răciți sau încălziți direct cu 0,011 0 C și, ca urmare, modifică atât intensitatea producției de căldură, cât și a transferului de căldură al corpului în ansamblu.
Centrul de termoreglare este situat în hipotalamus, care are trei tipuri de neuroni de termoreglare:
1) neuronii aferenti care primesc semnale de la termoreceptorii periferici si centrali;
2) inserare;
3) neuronii eferenți care controlează activitatea efectorilor sistemului de termoreglare.
Din termoreceptorii periferici, informațiile intră în regiunea preoptică medială a hipotalamusului anterior. În nucleele sale, semnalele primite de la periferie sunt comparate cu activitatea termoreceptorilor centrali, care reflectă starea de temperatură a creierului. Aceste două informații sunt integrate în hipotalamus posterior. Semnalele obținute ca urmare a integrării încep să controleze procesele de producere și transfer de căldură. Hipotalamusul posterior găzduiește și centrul motor al frisonului asociat cu centrii motori ai măduvei spinării și medular oblongata. Termoreceptorii cutanați informează sistemul nervos central despre creșterea sau scăderea temperaturii ambiante chiar înainte de o modificare a temperaturii mediului intern, în timp ce mecanismele de termoreglare sunt activate care împiedică această abatere. Acest regulament se numește „reglementare anticipată”. Centrul motor care tremură funcționează ca un „regulator de abatere”, deoarece este excitat atunci când temperatura corpului scade chiar și cu o fracțiune de grad. Pe lângă hipotalamus, cortexul cerebral participă și la termoreglare. Funcționează ca un „regulator anticipat”.
Reglarea producției de căldură efectuat: în primul rând, sistemul nervos somatic, care declanșează reacții de termoreglare contractile (tremuroase), în al doilea rând, sistemul nervos simpatic, care activează eliberarea norepinefrinei din țesutul adipos maro, includerea acizilor grași liberi în procesele metabolice. În plus, sistemul nervos simpatic declanșează eliberarea de catecolamine din cortexul suprarenal. Ca urmare, eliberarea de căldură primară crește din cauza nepotrivirii dintre procesele de oxidare și fosforilare.
Reglarea transferului de căldură asociat cu activitatea sistemului nervos simpatic. Excitația sa duce la îngustarea vaselor de sânge ale pielii, iar neuronii simpatici colinergici excită glandele sudoripare.
Odată cu scăderea temperaturii centrale, se activează termoreceptorii hipotalamici reci, de organe și vasculare. Ca urmare, centrul hipotalamic de producere a căldurii este activat și transferul de căldură scade.
Odată cu creșterea temperaturii mediului intern al corpului, sunt activați receptorii de căldură hipotalamici, vasculari, pielii și organelor. Centrul de transfer de căldură hipotalamic este activat, iar procesul de producere a căldurii scade, iar transferul de căldură crește.
Adaptare la schimbări periodice de temperatură, întărire și sănătateAclimatizarea la temperatura este o adaptare la cresteri si scaderi repetate ale temperaturii ambiante. Este o reacție holistică a corpului, care se dezvoltă cu participarea aproape tuturor sistemelor corpului.
Sub acțiunea frigului asupra corpului, o creștere a producției de căldură este combinată cu o scădere treptată a eficienței contracțiilor musculare, ca urmare, cea mai mare parte a consumului de energie este direcționată către încălzirea corpului. Ca urmare, consumul de oxigen crește, ventilația pulmonară și activitatea contractilă a inimii cresc, iar tensiunea arterială crește. În sânge, concentrația de hemoglobină crește, în mușchi, cantitatea de mioglobină crește. Are loc o redistribuire a fluxului sanguin: acesta scade la periferie și crește în centru. Ceea ce poate duce la diureza rece, datorita scaderii secretiei de aldosteron si ADH.
Adaptarea plastică (toleranța) apare la expunerea prelungită la frig (scafandri de perle). Este legat de faptul că pragul pentru dezvoltarea frisonului și creșterea producției de căldură este deplasat către temperaturi mai scăzute. În același timp, la nivelul moleculelor, celulelor și țesuturilor apar modificări care contribuie la creșterea rezistenței la schimbările de temperatură a mediului intern al organismului. Apoi funcțiile corpului se modifică ușor, deși temperatura corpului poate fi sub 36 0 .
Rezidenți permanenți ai regiunilor tropicale globul dimpotrivă, se dezvoltă o dependență de căldură: temperatura corpului acestor oameni crește chiar și în repaus, iar o creștere a transferului de căldură începe la o temperatură a corpului cu 0,50 mai mare decât la locuitorii regiunilor cu climă temperată.
Oamenii care lucrează în mod repetat timp de câteva luni în condițiile expedițiilor în Antarctica dezvoltă treptat reacții mai economice din punct de vedere energetic, în special, activitatea de reglare a sistemului nervos parasimpatic crește.
În stadiile incipiente ale adaptării, sunt utilizate mecanisme predominant genotipice, care sunt redundante și risipitoare în condiții extreme. La o dată ulterioară, rezervele organismului nu sunt doar restaurate în timp util, ci și cresc - se dezvoltă mecanisme fenotipice care sunt mai flexibile și mai economice.
Figura 1. Mecanisme de transfer de căldură în condiții de temperatură ambientală scăzută și ridicată.
În conformitate cu legile termodinamicii, procesele de metabolism și energie sunt asociate cu generarea de căldură. La unele animale (și oameni) temperatura corpului se va menține la un nivel constant, care este mult mai mare decât temperatura mediului din cauza producției intense de căldură, controlată prin mecanisme speciale de reglare. Aceasta - homoiotermic (cu sânge cald)) organisme. Un alt grup de animale (pești, amfibieni) se caracterizează printr-o intensitate semnificativ mai scăzută a producției de căldură, temperatura corpului lor depășește doar puțin temperatura mediului ambiant și suferă aceleași fluctuații ( animale poikiloterme, cu sânge rece).
Producția de căldură și temperatura corpului. Toate reacțiile chimice din organism depind de temperatură. În poikiloterme, intensitatea proceselor energetice crește proporțional cu temperatura exterioară în conformitate cu regula Van Hoff. La homoioterme, această regulă este mascată de un alt efect (termogeneză reglatoare) și se manifestă numai atunci când termoreglarea este blocată (narcoză, afectarea NS). Chiar și după blocarea componentei de reglementare, rămân diferențe cantitative semnificative între procesele metabolice la animalele cu sânge rece și cele cu sânge cald: la aceeași temperatură a corpului, intensitatea schimbului de energie pe unitatea de greutate corporală la animalele cu sânge cald este de 3 ori mai mare. . Anestezia, împreună cu scăderea temperaturii corpului, poate provoca o scădere vizibilă a gradului de consum de oxigen și o întârziere a proceselor de distrugere a țesuturilor - aceasta este utilizată în chirurgie.
Producția de căldură și dimensiunea corpului. Temperatura corpului majorității animalelor cu sânge cald se află în intervalul 36-39 ° C, în ciuda diferențelor semnificative de masă și dimensiune. În schimb, intensitatea metabolismului (M) este dependentă de legea puterii de greutatea corporală (m): M = km 0,75. Coeficientul k este aproximativ același atât pentru șoarece, cât și pentru elefant. Această lege a dependenței metabolismului de greutatea corporală reflectă tendința de a stabili o corespondență între producția de căldură și intensitatea transferului de căldură către mediu. Pierderea de căldură pe unitatea de masă este cu atât mai mare, cu atât este mai mare raportul dintre suprafața și volumul corpului, iar acest raport scade odată cu creșterea dimensiunii corpului. În plus, la animalele mici, stratul izolator al corpului este mai subțire. Dacă aranjați unele animale pe rând în funcție de intensitatea descrescătoare a proceselor metabolice, obțineți următoarele: șoarece, iepure, câine, om, elefant.
Termogeneza termoreglatoare. În cazul în care este nevoie de căldură suplimentară pentru a menține temperatura corpului, aceasta poate fi generată în următoarele moduri:
1. Activitatea arbitrară a aparatului muscular.
2. Activitate tonică sau ritmică (tremurătoare) involuntară. Aceste două căi se numesc termogeneză contractilă.
3. Accelerarea proceselor metabolice care nu este asociată cu contracția musculară (nu se contractă
termogeneza corpului).
La adult, frisonul este cea mai semnificativă manifestare involuntară a mecanismelor termogenezei. La un nou-născut, termogeneza necontractilă (arderea grăsimii brune în „boilerul metabolic”) are o importanță mai mare. Acumulări de grăsime brună cu un număr mare de mitocondrii sunt situate între omoplați, în axilă. Când corpul se răcește, temperatura acestuia crește, fluxul sanguin crește. Prin creșterea termogenezei, temperatura corpului este menținută la un nivel constant.
Factori de mediu și confort termic. Influența temperaturilor mediului asupra corpului depinde de cel puțin patru factori fizici: temperatura aerului, umiditatea, temperatura radiației și viteza aerului (vânt). Acești factori determină dacă o persoană se simte „confort termic” sau este cald sau rece. Condiția de confort este ca organismul să nu aibă nevoie de mecanismele de termoreglare: nu are nevoie de frisoane sau transpirații, iar fluxul sanguin în zonele periferice menține o viteză medie. Acesta este așa-numitul. zona termoneutra.
Acești patru factori sunt interschimbabili într-o anumită măsură.
Valoarea temperaturii de confort pentru o persoană îmbrăcată lejer (cămașă, chiloți, pantaloni lungi din bumbac) așezată este de 25-26 ° C la o umiditate de 50% și temperatura aerului și a pereților este egală. Pentru gol = 28 o C. In conditii de confort termic temperatura medie a pielii = 34 o C. Pe masura ce se efectueaza munca fizica, temperatura de confort scade. Pentru lucrări ușoare de birou, temperatura este de 22 o C.
Disconfortul crește odată cu creșterea temperaturii medii și a conținutului de umiditate al pielii (partea suprafeței corpului acoperită de transpirație).
Disiparea căldurii.
1. Flux de căldură intern. Mai puțin de jumătate din toată căldura generată în interiorul corpului este distribuită la suprafață prin conducere prin țesuturi. Cea mai mare parte trece prin convecție în fluxul sanguin. Sângele are o capacitate ridicată de căldură. Fluxul sanguin al extremităților este organizat după principiul unui mecanism rotativ-contracurent, care facilitează transferul de căldură între vase.
2. Fluxul exterior de căldură. Căldura este transferată spre exterior prin conducție, convecție, radiație și evaporare. Transfer de căldură prin conducție - atunci când un corp intră în contact cu un substrat dens. Când are loc contactul corpului cu aerul - convecție, radiație sau evaporare. Dacă pielea este mai caldă decât aerul, stratul adiacent se încălzește și urcă, fiind înlocuit cu aer mai rece. Convecția forțată (suflarea) crește semnificativ intensitatea transferului de căldură. Radiația este sub formă de radiații infraroșii cu undă lungă. Aproximativ 20% din transferul de căldură al corpului uman în condiții de temperatură neutră se datorează evaporării apei din piele și mucoasele tractului respirator.
Influența îmbrăcămintei – din punct de vedere fiziologic, este o formă de rezistență termică sau de izolare. Eficacitatea îmbrăcămintei se datorează celor mai mici volume de aer din structura țesăturii sau din grămadă, unde curenții externi nu pătrund. În acest caz, căldura este transferată numai prin conducție, iar aerul este un slab conductor de căldură.
Temperatura corpului și echilibrul termic. Dacă este necesară menținerea constantă a temperaturii corpului, trebuie realizat un echilibru stabil între producția de căldură și pierderea de căldură. Odată cu scăderea temperaturii mediului, constanta temperaturii corpului poate fi menținută numai dacă mecanismele de reglare asigură o creștere a termogenezei proporțional cu pierderea de căldură. Cea mai mare producție de căldură furnizată de aceste mecanisme la om corespunde la 3-5 schimburi bazale. Acest indicator caracterizează limita inferioară a intervalului de termoreglare (0-5 ° C în mediul extern pentru adulți, 23 ° C pentru nou-născuți). În cazul depășirii acestei granițe, se dezvoltă hipotermia și moartea rece.
Când T despre mediu crește, echilibrul de temperatură este menținut prin reducerea schimbului, datorită mecanismelor suplimentare de transfer de căldură. Limita superioară a intervalului de termoreglare este determinată de mecanismele transpirației intense, care crește cu 60% la umiditatea pielii 100% și poate ajunge la 4 l/h.
Odată cu creșterea T față de mediu, vasele pielii se extind, cantitatea totală de sânge circulant crește datorită ieșirii acestuia din depozit, datorită afluxului de apă din țesuturi. Acest lucru contribuie la creșterea transferului de căldură. Dar principalul lucru este evaporarea. Generarea medie de căldură pe zi în timpul activității viguroase este de aproximativ 2500-2800 kcal. Pentru a menține T în jurul corpului la un nivel constant în aceste condiții, este necesar să se evapore 4,5 litri de apă. Cu muncă musculară grea - până la 12 litri. într-o zi. Evaporarea apei depinde de umiditatea relativă a aerului din încăpere și nu este posibilă la 100% umiditate. Prin urmare, umiditatea ridicată la temperaturi ridicate este prost tolerată. În același timp, transpirația nu se evaporă, ci curge de pe piele. O astfel de transpirație nu contribuie la eliberarea căldurii. Îmbrăcămintea care este impermeabilă la aer (piele, cauciuc) este, de asemenea, prost tolerată, deoarece previne evaporarea. În aer complet uscat, o persoană nu se supraîncălzi în 2-3 ore la T 55 ° C.
temperatura corpului uman. Căldura generată în corp este transmisă spațiului înconjurător de către suprafața corpului. Prin urmare, T în jurul suprafeței este mai mic decât T în jurul miezului corpului, iar T în jurul părții distale a membrelor este mai mic decât cel proximal. Cu privire la distributie spatiala temperatura corpului are o formă tridimensională complexă. De exemplu, atunci când un adult îmbrăcat ușor se află într-o cameră cu o temperatură a aerului de 20 ° C, temperatura în mușchii adânci ai coapsei este de 35 ° C, în mușchiul gambei - 33 ° C, pe picior - 27 ° C C, în rect -37 ° C.
Fluctuațiile lui T asupra corpului cu modificări ale temperaturii exterioare sunt mai pronunțate lângă suprafața corpului și în părțile terminale ale membrelor. Există un „miez homeotermic” și o „cochilie poikilotermă”.
Temperatura internă a corpului în sine nu este constantă nici în spațiu, nici în timp. Diferențele sunt de 0,2-1,2 o C. Chiar și în creier, T o centru și cortex diferă cu 1 o. De regulă, cea mai mare T o este observată în rect (și nu în ficat, așa cum se credea anterior!). În acest sens, este imposibil să exprimați T despre corp cu un singur număr. Pentru practică, este suficient să găsiți o anumită zonă, T despre care poate fi considerată reprezentativă pentru întregul strat interior. Măsurătorile clinice necesită o zonă ușor accesibilă, cu o mică variație spațială a temperaturii. În acest sens, este de preferat să se folosească temperatura rectală. Un termometru rectal special este introdus în acest caz cu 10-15 cm. În mod normal, este de 37 o C.
Temperatura orală (sublinguală) este, de asemenea, utilizată în clinică. De obicei este cu 0,2-0,5 o mai mică decât cea rectală.
Temperatura axilară (folosită mai des în Rusia) - egală cu 36,5-36,6 o. Poate servi ca un indicator al temperaturii corpului central, deoarece atunci când brațul este apăsat strâns pe piept, gradientul de temperatură se schimbă, astfel încât marginea nucleului corpului să ajungă la axilă. Cu toate acestea, trebuie să așteptați destul de mult timp (10 minute) până când se acumulează suficientă căldură în aceste zone. Dacă țesuturile superficiale au fost inițial reci în condiții de temperatură ambientală scăzută și a avut loc vasoconstricție în ele, atunci ar trebui să treacă aproximativ o jumătate de oră pentru a stabili un echilibru adecvat în aceste țesuturi.
Fluctuații periodice ale temperaturii interne. În timpul zilei, temperatura minimă la o persoană este observată în orele înainte de dimineață, iar cea maximă - în timpul zilei. Amplitudinea fluctuațiilor este de 1 o C. Ritmul zilnic (circadian) se bazează pe mecanismul energetic ( Ceasul biologic), care este de obicei sincronizată cu rotația pământului. În condițiile de călătorie asociate cu traversarea meridianelor pământului, este nevoie de 1-2 săptămâni pentru ca regimul de temperatură să se alinieze la condițiile noii ore locale. Ritmurile circadiene sunt suprapuse de altele (menstruația la femei etc.).
Temperatura în timpul exercițiului poate crește cu 2°C sau mai mult, în funcție de intensitatea exercițiului. În același timp, temperatura medie a pielii scade, deoarece transpirația este eliberată din cauza muncii mușchilor, care răcește pielea. Temperatura rectală în timpul muncii poate ajunge la 41 o (la alergătorii de maraton).
Vasele de sânge ale pielii pot răspunde direct la modificările T - așa-numita. expansiunea la rece, care se datorează sensibilității termice locale a mușchilor vaselor. Vasodilatația la rece se observă de obicei sub forma următoarei reacții. Când o persoană este expusă la frig intens, ea experimentează mai întâi o vasoconstricție maximă, care se manifestă prin paloare și o senzație de frig în zonele deschise. Cu toate acestea, după un timp, sângele se repedează brusc în vasele părților răcite ale corpului, ceea ce este însoțit de roșeață și încălzirea pielii. Dacă expunerea la frig continuă, evenimentele se repetă periodic.
Vasodilatația la rece este considerată a fi un mecanism de protecție pentru prevenirea degerăturilor, în special la persoanele adaptate la frig. Cu toate acestea, acest mecanism poate accelera rezultatul letal al hipotermiei generale la cei care sunt forțați să înoate în apă rece pentru o perioadă lungă de timp.
Când apa joacă rolul mediului, deoarece are o conductivitate termică și o capacitate de căldură mai mare decât aerul, mai multă căldură este îndepărtată din corp prin convecție. Dacă apa este în mișcare, atunci căldura este îndepărtată atât de repede încât la o temperatură ambientală de +10 ° C, chiar și munca fizică puternică nu permite menținerea echilibrului termic și apare hipotermia. Dacă corpul este în repaus complet, atunci pentru a obține confortul termic, apa trebuie să fie de 35-36 o. Limita inferioară a zonei termoneutre depinde de grosimea țesutului adipos.
Mecanisme de termoreglare. Reacțiile de termoreglare sunt reflexe efectuate de sistemul nervos central. Ele apar ca răspuns la iritația termoreceptorilor din periferie și din SNC însuși. Există două tipuri de termoreceptori - unii percep căldura (receptorii termici), alții - frigul (receptorii de frig). Ambele reacționează cu apariția unui fulger de impulsuri ca răspuns la o stimulare adecvată (schimbarea corespunzătoare a temperaturii mediului) și rata schimbării temperaturii și amploarea stimulului (diferența dintre temperaturile inițiale și cele noi în ţesuturi) materie.
Receptorii de temperatură din SNC sunt localizați în zona preoptică a hipotalamusului anterior, în formarea reticulară a creierului mediu și în măduva spinării. Prezența unor astfel de receptori este evidențiată de apariția frisonului la un câine atunci când membrul denervat este răcit. Răcirea locală a diferitelor părți ale creierului provoacă explozii de impulsuri.
Centrii de termoreglare sunt localizați în hipotalamus. Distrugerea lui face animalul poikilotermic. Îndepărtarea altor părți ale creierului nu afectează în mod semnificativ procesele de generare și transfer de căldură. Există miezuri pentru transferul de căldură și producția de căldură. S-a demonstrat că procesele de termoreglare fizică sunt reglate în principal de hipotalamusul anterior, chimic - de nucleii caudali. Ambele centre sunt într-o relație reciprocă complexă.
Ca mecanisme executive sistem functional menținerea unei temperaturi corporale constante (FST) sunt toate acele organe care pot asigura două procese de producere a căldurii și transfer de căldură care se echilibrează reciproc în normă, precum și un comportament adaptativ special.
Sistemul endocrin este, de asemenea, implicat în reglarea temperaturii. Deci, tiroxina crește intensitatea metabolismului, crescând producția de căldură. Adrenalina îngustează vasele de sânge, menținând temperatura centrală a corpului.
Ontogenia termoreglarii. La animalele care naște imature, nou-născuții nu sunt capabili de termoreglare și sunt de fapt poikilotermi (veverițe de pământ, hamsteri etc.). La alte animale și la oameni, toate reacțiile de temoreglare (termogeneză îmbunătățită, vasomotorie, transpirație, comportament) pot fi activate imediat după naștere într-un grad sau altul. Acest lucru se aplică chiar și bebelușilor prematuri care cântăresc aproximativ 1000 g. Se crede că nou-născuții au un hipotalamus imatur, care este responsabil pentru termoreglarea. Cu toate acestea, nou-născutul își asigură nevoile prin termogeneză necontractilă. Producția de căldură la copii crește cu 200% fără a tremura.
Dimensiunea mică a nou-născutului este un dezavantaj în ceea ce privește termoreglarea. Raportul dintre suprafața și volumul corpului este de 3 ori mai mare decât un adult, stratul de grăsime este mic. Prin urmare, pe unitatea de masă de căldură, copiii produc de 4-5 ori mai mult. Limita superioară a zonei termoneutre a nou-născuților este de 32-34 o C, limita inferioară este de 23 o C. În acest interval limitat, nou-născutul este capabil să mențină o temperatură constantă.
Adaptare termică. Cea mai importantă caracteristică care apare în timpul adaptării termice este modificarea debitului de transpirație, care poate crește de 3 ori și poate ajunge la 4 l/h pentru perioade scurte. În timpul adaptării la temperaturi ridicate, conținutul de electroliți din transpirație va scădea semnificativ pentru a evita pierderea de sare.
Una dintre principalele schimbări adaptative este creșterea setei pentru un anumit nivel de pierdere de apă pe măsură ce se dezvoltă adaptarea termică. Acest lucru este necesar pentru a menține echilibrul apei.
În plus, temperaturile de prag ale reacțiilor vasomotorii corespunzătoare și ale transpirației se modifică în direcții diferite, în funcție de expunerea termică acută, cronică, moderată sau severă. Deci, la 4-6 zile dupa un stres termic zilnic de 2 ore cu transpiratie maxima (sauna), reactiile de transpiratie si vasodilatatie apar la temperaturi interne cu 0,5° mai mici decat inainte. semnificație biologică Deplasarea pragului constă în faptul că, datorită adaptării, temperatura corpului la o anumită sarcină termică scade, astfel încât organismul este protejat de o creștere critică a ritmului cardiac și a fluxului sanguin - reacții care pot duce la sincopa termică.
În schimb, indivizii tropicali pe termen lung (deplasare cronică ușoară a căldurii) au o temperatură centrală de repaus mai mare și reacțiile de transpirație și vasodilatație încep la temperaturi corporale cu 0,5°C mai mari decât cele din climatul temperat. Acest tip de adaptare termică se numește rezistență adaptivă.
hipertermie. Hipertermia apare atunci când temperatura în axilă crește peste 37 o C. Temperatura corporală maximă pentru supraviețuire este de + 42 o C (foarte scurtă 43 o). În același timp, toate procesele de termoreglare sunt extrem de stresate. În condiții de stres termic prelungit la o temperatură mai mare de 40-41 o, apar leziuni grave ale creierului - „căldură sau insolație”. Sincopa termică cu supraîncălzire relativ uşoară la persoanele cu funcţia cardiovasculară afectată este mai dependentă de insuficienţa circulatorie decât de mecanismele de termoreglare.
Febră. Căldura se dezvoltă ca urmare a producției crescute de căldură cu ajutorul frisonului și a vasoconstricției maxime în părțile periferice ale corpului, adică. corpul se comportă ca și cum temperatura exterioară ar fi scăzută. În perioada de recuperare are loc procesul invers - cu ajutorul transpirației și vasodilatației, temperatura corpului scade la fel ca atunci când o persoană are febră. În acest caz, o persoană poate răspunde corect la schimbările reale ale temperaturii exterioare. Mecanismul apariției unei reacții febrile este asociat cu eliberarea de leucocite și pirogeni bacterieni către aparatele centrale de termoreglare.
Adaptare la rece. Blana, stratul de grăsime, grăsimea brună sunt toate tipurile de mecanisme de adaptare la frig la diferite animale. Aceste mecanisme nu sunt caracteristice unui adult, așa că se poate auzi adesea părerea că adulții nu sunt capabili de nicio adaptare fiziologică la frig, ar trebui să se bazeze doar pe adaptarea comportamentală (îmbrăcăminte și locuințe calde). În același timp, se spune că o persoană este o „creatură tropicală” care poate supraviețui în Arctica doar datorită civilizației sale.
Cu toate acestea, s-a demonstrat că în cazurile de expunere prelungită la frig, oamenii dezvoltă toleranță (rezistență) la frig. Pragul de dezvoltare a frisonului și modificărilor reacțiilor de termoreglare metabolică se deplasează către temperaturi mai scăzute. Poate apărea chiar și hipotermie moderată. O toleranță similară se întâlnește la aborigenii din Australia, care pot petrece toată noaptea aproape goi fără să tremure la o temperatură ambientală de aproximativ 0 o C, precum și la scafandrii japonezi, care stau câteva ore în apă la aproximativ 10 o C. Același lucru este valabil și pentru „morsele” noastre.
S-a demonstrat că pragul de frison poate fi deplasat către temperaturi mai scăzute în doar câteva zile, timp în care subiecții au fost supuși la stres repetat de frig. Cu expunerea prelungită (eschimosi, rezidenți ai Patagoniei), intensitatea metabolismului bazal crește cu 25-50% - aceasta este adaptarea metabolică.
Adaptarea locală. Dacă mâinile unei persoane îmbrăcate cald sunt răcite în mod regulat, atunci durerea în mâini scade. Acest lucru se datorează faptului că vasodilatația rece are loc la o temperatură mai ridicată a camerei.
Hipotermie. Hipotermia apare atunci când T axila scade sub 35o. Acest lucru se întâmplă mai repede când este scufundat în apă rece. În acest caz, se observă o stare similară cu anestezia - dispariția sensibilității, slăbirea reacțiilor reflexe, o scădere a excitabilității sistemului nervos central, rata metabolică, încetinirea respirației și a ritmului cardiac și o scădere a tensiunii arteriale. . Aceasta este baza pentru utilizarea hipotermiei artificiale, care reduce nevoia de oxigen a creierului, iar sângerarea mai lungă devine tolerabilă în timpul operațiilor la inimă și la vasele mari. Acum se cunosc cazuri de insuficiență cardiacă în timpul hipotermiei timp de 40-60 de minute (Vereshchagin). Hipotermia este oprită prin încălzirea rapidă a corpului. Hipotermia artificială se realizează atunci când mecanismele de termoreglare sunt oprite.
La bătrânețe, hipotermia se dezvoltă din cauza depășirii reacțiilor de temperatură - în mod normal, T în jurul corpului ajunge la 35 aproximativ (un fenomen opus febrei).
O scădere a temperaturii corpului la 26-28 ° provoacă moartea din cauza fibrilației cardiace.
generarea de căldură
Procesele activității vitale umane sunt însoțite de generarea continuă de căldură în corpul său și transferul de căldură către mediu.
Organismul uman- acesta este un sistem de autoreglare, al cărui mecanism fiziologic, pentru a menține o temperatură constantă a corpului, urmărește să se asigure că cantitatea de căldură generată este consistentă ( producerea de căldură) cantitatea de căldură degajată mediului extern ( transfer de căldură). În condiții normale producerea de căldură este egal cu transfer de căldură.
Generarea de căldurăîn corpul uman apare ca urmare a reacțiilor exoterme care apar continuu. Aceste reacții apar în toate organele și țesuturile, dar nu la fel de intense. În țesuturile și organele care efectuează un lucru activ (în țesutul muscular, ficat, rinichi), se eliberează mai multă căldură decât în cele mai puțin active (țesut conjunctiv, oase, cartilaj).
Pierderea de căldură de către organe depinde în mare măsură de localizarea lor: organele localizate superficial, de exemplu pielea, mușchii scheletici, emană mai multă căldură și răcesc mai mult decât organele interne, care sunt mai protejate de răcire.
Producția de căldură și transferul de căldură se datorează activității sistemului nervos central, care reglează metabolismul, circulația sângelui, transpirația și activitatea mușchilor scheletici.
Căldura în corpul uman este produsă ca urmare a transformărilor energetice în celulele vii. Generarea de căldură este asociată cu:
Cu sinteza biochimică continuă a proteinelor și a altora compusi organici;
Cu lucru osmotic (transport ionic);
Cu munca mecanică a mușchilor (mușchi al inimii, mușchi netezi ai diferitelor organe, mușchi scheletici).
În corpul uman, care se află într-o stare de repaus fizic relativ, 50% din căldură este generată în organele cavității abdominale (în principal în ficat); 20% - în mușchii scheletici și sistemul nervos central; 10% - în timpul lucrului organelor respiratorii și circulatorii. O parte din energia generată în organism în timpul efectuării muncii fizice este cheltuită pentru muncă externă. Partea principală merge în termică Q T.P. . .
Temperatura de bază a corpului(miezul) este constantă datorită reglării intensității producției de căldură și a transferului de căldură în funcție de temperatura ambiantă. Temperatura corporală a unei persoane este de obicei judecată pe baza măsurării sale în axilă. Aici, temperatura la o persoană sănătoasă este de 36,5–36,9 o C. Temperatura în rect este adesea măsurată, unde este mai mare decât la axilă, și este egală cu o medie de 37,2–37,5 o C la o persoană sănătoasă.
Temperatura corpului nu rămâne constantă, dar fluctuează în timpul zilei cu 0,5–0,7 ° C. Odihna și somnul scad temperatura, activitatea musculară o crește. Temperatura maximă a corpului se observă la orele 16–18, cea minimă la orele 3–4 dimineața. Pentru lucrătorii pe termen lung în ture de noapte, fluctuațiile de temperatură pot fi inversate mai sus.
Temperatura pielii uman sub influența condițiilor externe variază în limite relativ largi.
Stare de confort este echilibrul termic al corpului uman și al mediului. Factorii care afectează starea de echilibru termic al organismului sunt:
Temperatura ambiantă (pereți și suprafețe, obiecte din jur);
Temperatura, viteza de miscare, umiditatea aerului;
Natura hainelor;
Valoarea producției umane de căldură.
Valoarea producției de căldură depinde de vârsta, sexul persoanei, alimentația sa, activitatea musculară etc.
Schimb de bază (standard).(OO) a corpului uman este cantitatea de energie consumată de corpul uman în repaus muscular complet, înainte de a mânca la o temperatură ambientală corespunzătoare activității minime a mecanismului de termoreglare. Metabolismul bazal depinde de starea funcțională a unei persoane, sex, vârstă, greutate și este calculat în calorii pe unitatea de greutate sau unitatea de suprafață corporală.
Pentru un adult, valoarea medie a RO este de 1 kcal/kg/oră. Prin urmare, pentru un bărbat adult care cântărește 70 kg, consumul de energie al RO este de aproximativ 1700 kcal/zi, pentru femei - aproximativ 1500 kcal/zi.
Procesul de transfer de căldură de către corpul uman (transfer de căldură) se realizează:
Radiații (radiații) - 43 - 50%;
Convecție (mișcare) - 25 - 30%;
Evaporarea de pe suprafața pielii și a plămânilor - 23 - 29%;
Încălzirea alimentelor - 1 - 2%;
Încălzirea aerului în plămâni - 1 - 1,5%;
Pierderi de căldură cu emisii - mai puțin de 1%.;
Conducția (conducția) este o valoare foarte mică, deoarece conductivitatea termică a aerului liniștit este foarte mică.
Conducerea căldurii conducerea se desfășoară de la suprafața corpului uman până la obiectele solide în contact cu acesta sau materialele mediului extern.
Transferul de căldură în acest caz are loc conform legii Fourier:
Unde Q COND este transferul de căldură care a trecut printr-un perete cu o zonă S pentru un timp τ, W;
S- suprafața de contact a unei persoane cu un obiect, m 2;
t 1 - temperatura peretelui interior (pachet de haine), o C;
t2- temperatura laturii exterioare (rece), o C;
λ – coeficientul de conductivitate termică a unui pachet de haine, W / m ∙ o C;
δ – grosimea unui pachet de haine, m.
Din ecuația prezentată se poate observa că transferul de căldură prin conducție crește odată cu scăderea temperaturii obiectului cu care o persoană intră în contact, cu creșterea zonei de contact și scăderea grosimii pachetului de îmbrăcăminte.
Transfer de căldură convecție efectuată de la suprafața corpului sau a îmbrăcămintei unei persoane până la aerul care se mișcă în jurul ei. Pentru a calcula transferul de căldură prin convecție, se poate folosi legea lui Newton:
Q CONV = α CONV. S (t OD - t V),
Unde α CONV – coeficientul de transfer termic prin convecție, W / (m ∙ o C), depinde de forma corpului și de viteza de mișcare a aerului;
S- suprafata corporala, m 2 ;
t OD - temperatura suprafeței corpului (îmbrăcăminte);
t B - temperatura aerului, aproximativ C.
Pierderea de căldură prin convecție de la suprafața îmbrăcămintei care acoperă corpul este exprimată prin formula
,
Unde S –
– raportul dintre suprafața corpului acoperită de îmbrăcăminte și suprafața părților expuse ale corpului;
α CONV - coeficient de transfer termic prin convecție, W / (m ∙ o C);
t OD -
t B - temperatura aerului, aproximativ C.
Disiparea căldurii prin radiație- acesta este transferul de căldură sub formă de energie radiantă de la suprafața corpului uman către suprafețele înconjurătoare care au o temperatură mai scăzută, sau către spațiul înconjurător. Cantitatea de căldură degajată de radiații depinde de temperatura suprafeței corpului (hainele), de temperatura pereților și a suprafețelor care înconjoară corpul.
Radiația corpului uman este caracterizată de o lungime de undă de la 5 la 40 de microni, iar pielea umană absoarbe razele infraroșii ca un corp complet negru.
În condițiile de funcționare a îmbrăcămintei, există o diferență aproape mică de temperaturi ale corpului și ale îmbrăcămintei. În acest caz, ecuația pentru determinarea cantității de căldură transferată prin radiație este dată de
Q RAD \u003d α RAD S RAD (t 1 - t 2),
Unde α RAD– coeficient de radiație (transfer de căldură prin radiație), W / (m 2 ∙ o C);
S RAD - suprafața corpului uman implicată în schimbul radiativ de căldură, m 2 ;
t1- temperatura suprafeței corpului uman (haine);
t 2 - temperatura suprafeței corpurilor înconjurătoare, o C.
Emisivitate α RAD depinde de temperatura de suprafață a corpului uman (haine) și de temperatura obiectelor din jur. Nu întreaga suprafață a corpului uman este implicată în transferul radiativ de căldură, deoarece unele părți ale corpului sunt iradiate reciproc și nu participă la schimbul de căldură. Schimbul de căldură radiativ implică 74-75% din suprafața corpului uman în poziția șezând și 77-85% în poziția în picioare.
Suprafața corpului uman depinde de înălțimea și greutatea acestuia și poate fi determinată din graficul prezentat în Figura 1.1.
Fig.1.1. Dependența suprafeței corporale de înălțime și greutate corporală
uman
Figura 1.2. este prezentată dependența suprafeței corpului uman implicată în schimbul de căldură radiativ de înălțime și greutate.
Fig.1.2. Dependența suprafeței corpului uman implicată
în transferul radiativ de căldură, din creștere și masă
Pierderea căldurii de la suprafața corpului bărbat îmbrăcat sunt determinate de ecuație
Unde S – suprafața corpului unei persoane goale, m 2 ;
S OD - suprafața corpului acoperită cu haine, m 2;
ASA DE - suprafața deschisă a corpului, m 2 ;
t OD - temperatura suprafeței îmbrăcămintei, °C;
t SR – temperatura medie de radiație, o C.
Transfer de căldură prin evaporare realizat prin evaporarea umidității difuze și transpirației. Umiditate de difuzie(transpirație imperceptibilă) se pierde de pe suprafața pielii umane și a căilor respiratorii superioare în condiții de confort termic și răcire în stare de repaus fizic relativ. În condiții confortabile (răcire uscată), cantitatea de abur eliberată de la 1 m 2 din suprafața corpului uman este de 23 g/h, iar de pe întreaga suprafață - 40-42 g/h. În același timp, 1/3 este reprezentată de pierderea de căldură prin evaporare din tractul respirator superior și 2/3 de la suprafața pielii.
Pierderi de căldură prin evaporare din tractul respirator superior determinat de ecuație
Q EXP. RESPIRAȚIE = 14,9 10 -6 Q T.P. (1880 - R A),
Unde Q T.P. – producția umană de căldură W ,
R A - presiunea parțială a vaporilor în aerul ambiant, Pa.
Rata de evaporare a umidității de la suprafața corpului depinde de:
Diferențele de presiune parțială a vaporilor în stratul limită de lângă piele și în aerul înconjurător,
viteza aerului;
Permeabilitatea la aer și la vapori a îmbrăcămintei;
Suprafața umedă cu transpirație.
Suprafața umedă a corpului poate fi calculat folosind formula
,
Unde R NAS.K - presiune abur saturat la temperatura pielii peste zonele umede ale pielii.
Pierderea de căldură prin evaporarea umidității difuze de la suprafața pielii poate fi determinată prin ecuație
Q ISP.D \u003d 3,06 10 -3 S (256t K - 3360 - PA),
Unde R A - presiunea parțială a vaporilor în aerul ambiant;
t K - temperatura pielii, o C.
Cantitatea de transpirație persoana este definita ca:
Nivelul de activitate fizică a unei persoane ;
condiţiile meteorologice;
Gradul de conformitate a îmbrăcămintei la condițiile de utilizare.
Pierderi maxime posibile de căldură prin evaporarea transpirației Qsp.p. poate fi determinată prin ecuație
Q ISP.P \u003d 17.3. (E F - e) . (0,5 + √v),
Unde E F – presiunea maximă posibilă a vaporilor de apă la temperatura pielii umane, mm Hg;
e este presiunea vaporilor de apă din aer ( umiditate absolută), mm Hg, se determină din datele tabelare în funcție de temperatură și umiditate relativă.
diferență (Eph - e) numit deficiență fiziologică de saturațieși determinată în funcție de viteza de mișcare a aerului și de cantitatea posibilă de evaporare a transpirației R de la suprafața corpului uman.
Senzațiile de căldură confortabile pot fi observate numai la anumite rapoarte de transfer de căldură prin evaporare și transfer de căldură prin flux de căldură (Q CONV + Q RAD + Q COND). Nivel confortabil de transfer de căldură prin evaporare Q ESP.P.K, W, determinată din ecuație
.
Disiparea căldurii în timpul respirației reprezintă o mică parte din pierderea totală de căldură și crește odată cu creșterea consumului de energie și scăderea temperaturii aerului.
Pierderi de căldură pentru încălzirea aerului inhalat Q IN.H, W, poate fi determinat din ecuație
Q DYH.N = 0,0012. Q E.T. (34 - t V),
Unde t B – temperatura aerului ambiant, o С;
34 - temperatura medie a aerului expirat, o C.
Potrivit lui A.I. Beketov, se recomandă să se ia temperatura aerului expirat în funcție de temperatura aerului inspirat (Tabelul 1.1.).
