Физиология человека и животных.Теплообмен (2.1Mб, ppt)

ТЕПЛОВОЙ ОБМЕН
Содержание
 Введение
 Разделение организмов по способности к
поддержанию температуры
 Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
 Температурные ядро и оболочка
 Механизмы терморегуляции
Тепловой обмен
2
Цель:
рассмотреть
процессы
теплообмена в организме.
Задачи:
1. Разобрать процессы теплопродукции и
теплоотдачи.
2. Охарактеризовать
понятия
«температурное ядро», «температурная
оболочка».
3. Рассмотреть механизмы терморегуляции.
Введение
Температурный гомеостаз
Состояние равновесия между процессами
теплопродукции и теплоотдачи.
Тепловой обмен
4
Введение
Повышение температуры окружающей среды
Расширение кровеносных сосудов кожи
(вазодилатация)
Кровоток в коже усиливается
(+повышается потоотделение)
Теплоотдача возрастает
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
5
Введение
Понижение температуры окружающей среды
Кровеносные сосуды кожи сужаются
(вазоконстрикция)
Кровоток в коже замедляется, повышается приток
крови к внутренним органам
Усиление процессов термопродукции, снижение
уровня процессов теплоотдачи
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
6
Введение
Регуляция кровотока в коже
Тепловой обмен
7
Введение
Регуляция кровотока в коже
Максимальное сужение кровеносных сосудов
теплоотдача снижается на 70%.
Максимальное расширение кровеносных сосудов
теплоотдача увеличивается на 90%.
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
8
Нижняя граница диапазона терморегуляции
 Нижняя граница - температура окружающей
среды составляет 0 – 5°С.
 Интенсивность
основного
обмена
увеличивается в 3 – 5 раз.
 После
выхода
за
данную
границу
развивается гипотермия (температура тела ниже
35°С).
 Снижение температуры тела ниже 20°С
приводит к остановке сердца.
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
9
Верхняя граница диапазона терморегуляции
 Верхняя
граница
потоотделение
увеличивается на 60% и может достигать 4
л/час при влажности кожи = 100%.
 Интенсивность
обменных
процессов
снижается,
появляются
дополнительные
механизмы теплоотдачи.
 Развивается гипертермия (температура тела
выше 37°С).
 Повышение температуры тела до 40°С и
более может привести к летальному исходу.
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
10
! У человека в течение суток в условиях
относительного
покоя
наблюдаются
колебания температуры в пределах 1°С.
Разделение организмов по способности к поддержанию
температуры
Разделение организмов по способности к поддержанию
температуры:
1) гомойотермные (от греч. «homeo» − подобный,
одинаковый) ;
2) пойкилотермные (от греч. «рoikilos» − изменчивый);
3) гетеротермные.
Тепловой обмен
12
Разделение организмов по способности к поддержанию
температуры
Гомойотермные организмы
Теплокровные организмы:
 высшие позвоночные животные
 человек
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
13
Разделение организмов по способности к поддержанию
температуры
Гомойотермные организмы
 Способны поддерживать температуру тела на
постоянном уровне ( «изотермия») путем регуляции
обменных процессов как автоматически, так и в результате
поведенческих реакций.
 Вне зависимости от колебаний температуры
окружающей среды гомойотермные организмы сохраняют
высокую интенсивность метаболизма и биологическую
активность, благодаря процессам терморегуляции.
организмы
поддержание
 Эндотермные
температуры в большей степени определяется уровнем
процессов обмена веществ, а не условиями окружающей
среды.
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
14
Разделение организмов по способности к поддержанию
температуры
Пойкилотермные организмы
Холоднокровные организмы:
 низшие позвоночные
 беспозвоночные
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
15
Разделение организмов по способности к поддержанию
температуры
Пойкилотермные организмы
 В значительной степени зависят от температуры
окружающей среды, и температура тела таких организмов
мало отличается от температуры окружающей среды.
 Эктотермные организмы - определяющее значение имеет
температура окружающей среды.
 Температура тела изменяется в соответствие с правилом
Вант-Гоффа-Аррениуса:
-при изменении температуры среды на 10°С интенсивность
обменных процессов изменяется в 2 − 3 раза.
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
16
! Преимуществом пойкилотермных организмов по
сравнению с гомойотермными организмами
является способность в течение длительного
периода времени выдерживать отсутствие пищи.
Разделение организмов по способности к поддержанию
температуры
Гетеротермные организмы
 Животные, впадающие в зимнюю спячку (грызуны,
летучая мышь).
 Могут
переходить
из
состояния
гомойотермии
к
состоянию пойкилотермии:
1)температура тела данных организмов отличается от
окружающей приблизительно на 1°С,
2)механизмы
терморегуляции
практически
перестают
функционировать.
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
18
Разделение организмов по способности к поддержанию
температуры
Закон теплового баланса:
Температурное постоянство возможно только при
наличии
равенства
между
количеством
теплообразования и количеством теплоотдачи.
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
19
Разделение организмов по способности к поддержанию
температуры
Уравнение теплового баланса:
М ± Еи1 ± Ет ± Ек − Еи2 ± S = 0
где: М – метаболическая теплопродукция, Еи1 – излучение,
Ет – теплопроведение (кондукция), Ек – конвекция,
Еи2 – испарение, S – накопление тепла,
знак «+» − приток тепла, знак «−» − теплоотдача.
Тепловой обмен
20
Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
Механизмы теплообмена
Тепловой обмен
21
Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
Излучение (радиация)
 Передача тепла в виде инфракрасного спектра
электромагнитного излучения (длина волны 10-6 – 10-4
нм), при непрямом контакте между объектами.
 Закон Стефана-Больцмана:
- обмен тепловыми лучами происходит пропорционально
разности четвертых степеней температур (в Кельвинах)
тела и окружающих его предметов:
R = T кожи4 – Тстен4
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
22
Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
Теплопроведение (кондукция)
 Вид отдачи тепла при непосредственном контакте
между объектами, зависящий:
- от разности средних температур объектов,
- от площади и времени контакта,
- от
теплопроводности
объектов
(на
рис.
показана
кондукция новорожденного, помещенного на холодную
поверхность).
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
23
Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
Теплопроведение (кондукция)
 В
обычных
условиях
теплопроведением
можно
пренебречь, так как теплопроводность воздуха имеет
низкие значения.
 Теплопроводность воды в 20 раз выше, что определяет
риск переохлаждения при ношении влажной одежды.
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
24
Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
Конвекция
 Переход тепла из организма в окружающую среду (в
слой воздуха или воды, контактирующий с кожей) при
наличии
температурного
градиента;
передача
тепла
осуществляется частицами воздуха (воды).
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
25
Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
Конвекция
 Горячий воздух становится более легким и поднимается
вверх, унося тепло. Если воздух является неподвижным –
происходит свободный переход тепла из организма в
окружающую среду – свободная конвекция.
 В случае движения воздуха теплоотдача определяется
скоростью
движения
воздуха
–
принудительная
конвекция.
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
26
Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
Испарение
 Потери тепла в процессе потоотделения (перспирации).
 С 1 г пота выходит 0,6 ккал энергии, а также с жидкостью,
которая выделяется поверхностью кожи и легкими.
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
27
Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
Доля механизмов теплоотдачи при комнатной
температуре у раздетого человека:
– около 60% тепла выделяется посредством излучения,
– около 20% – с потом,
– около 12 – 15% – за счет конвекции,
– 2 – 5% – посредством теплопроведения.
У человека при температуре окружающей среды,
равной 37°С, теплоотдача равна нулю.
Тепловой обмен
28
Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
Теплопродукция:
1)
в
ходе
метаболизма
«несократительный»
(«немышечный»
термогенез,
или
химическая
терморегуляция);
2) при произвольной мышечной активности;
3)
в
процессе
непроизвольной
тонической
или
ритмической активности скелетной мускулатуры (дрожь).
Тепловой обмен
29
Теплопродукция
В среднем при совершении организмом
активной деятельности выделяется тепло в
количестве 2500 – 2800 ккал.
Большая часть энергии обеспечивается при
этом работой мышц.
В покое источниками тепла в организме
являются в основном внутренние органы
(их доля теплопродукции составляет
примерно 70%), и особенно – печень.
Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
Пути теплопродукции (А) и теплоотдачи (Б)
31
Теплопродукция
(новорожденные)
Источник тепла - бурый жир.
Область шеи, между лопатками, за
грудиной, вокруг почек и надпочечников.
 Отличие от белого жира - в большем
содержании митохондрий и жировых
вакуолей.
Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
Физические факторы окружающей среды,
обусловливающие влияние температуры на организм
1) температура воздуха,
2) влажность воздуха,
3) температура излучения,
4) скорость движения воздуха.
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
33
Механизмы теплопродукции и теплоотдачи
Условия температурного комфорта или
термонейтральная зона
 Условия среды, при которых не наблюдается дрожи и
потоотделения,
а
периферическая
скорость
кровотока находится в пределах средних значений.
Тепловой обмен. Адаптация к условиям низких и высоких температур
34
Условия температурного комфорта
Условия температурного комфорта для легко
одетого, неподвижно сидячего человека:
-температура воздуха – 25–26°С;
-влажность воздуха – 50%;
-равенство температуры воздуха и стен.
Теплопродукция - объемы тела.
Теплоотдача – площадь поверхности.
Температурные ядро и оболочка
Температурные ядро и оболочка
Граница между ядром и оболочкой:
- температура окружающей среды,
- уровень физической активности.
Температурные ядро и оболочка
 В клиническом отношении наиболее важным
является изменение температуры ядра.
 Более точные данные об изменениях
температуры в организме можно получить
измерением последней в ротовой полости и
прямой кишке.
 Температура, измеряемая в подмышечной
впадине, почти на 0,5°С ниже температуры
ядра.
Температурные ядро и оболочка
 Распределение тепла между ядром и
оболочкой тела – кровь.
 Процесс отдачи тепла в окружающую среду
- кровь, механизмы потообразования и
потоотделения.
Температурные ядро и оболочка
Т тела = 2/3 Т ядра + 1/3 Т оболочки
• Коэффициенты 2/3 и 1/3 - для
термонейтральной зоны и состояния покоя.
Механизмы терморегуляции
1. Поведенческие реакции.
2. Рефлексы соматической НС (реакции со
стороны мышечной системы)
3. Рефлексы вегетативной НС.
4. Деятельность желез внутренней секреции
(надпочечников, щитовидной железы).
5. Изменение кровотока, глубины и частоты
дыхания.
! Центральное звено
терморегуляции - гипоталамус.
Механизмы терморегуляции
44
Терморецепторы
Периферические - поверхность тела,
внутренние органы, слизистая оболочка
полости рта.
 Центральные (изменения температуры
крови):
- гипоталамус (передняя область),
- ретикулярная формация среднего мозга,
- шейный и грудной отделы спинного мозга.
Периферические терморецепторы
- холодовые (воспринимают холод),
- тепловые (воспринимают тепло).
Холодовые
расположены
более
поверхностно.
Неравномерность
распределения
рецепторов по поверхности кожи =>
различный уровень термочувствительности.
Снижение температуры среды
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Холодовые рецепторы
Афферентные волокна типа Аδ и С
Задние рога спинного мозга
Латеральный спинно-таламический тракт
Таламус
Передний отдел гипоталамуса - «установочная
точка терморегуляции»
7. Задний отдел гипоталамуса
8. Активация механизмов теплопродукции
9. Волокна симпатической нервной системы
10. Адреналин (глюкоза)
11. Норадреналин (мышечный тонус, дрожь)
Гипоталамус
1.
2.
3.
4.
Гипофиз
ТТГ
Тиреоидные гормоны
Сужение
периферических
кровеносных
сосудов
5. Интенсификация:
- гликогенолиза в скелетных мышцах и печени,
- липолиза в жировой ткани
6. Усиление теплопродукции
Воздействие холода
Повышение уровня потребления кислорода
Усиление сердечной деятельности
 Сужение периферических кровеносных
сосудов
Сужением сосудов внутренних органов
Активация
микробной
флоры
и
возникновение различных «простудных»
заболеваний.
Повышение температуры среды
1. ↓ количество импульсов от холодовых рецепторов
2. Ослабление симпатических влияний
3. Расширение периферических кровеносных сосудов
4. Усиление теплоотдачи
5. Снижение мышечной активности (скелетные
мышцы)
6. Активация определенных структур симпатической
нервной системы - ↑потоотделения
Терморецепторы гипоталамуса
осмотическое давление,
 концентрация ионов: Н+, Na+, Са2+
 СО2, глюкоза
Кора б.п → поведенческие реакции
Кора б.п. + Лимбическая система:
1) субъективные ощущения - прохладно,
холодно, тепло, жарко,
2) возникновение мотивации, ведущей к
изменению поведения
• Кратковременная адаптация - нервнорефлекторные механизмы терморегуляции.
• Долговремення адаптация - в основном
гормональные механизмы.
• Патологические состояния → гипоталамус
→ повышение температуры организма.
Адаптация
• Условия крайнего Севера
• Условия жаркого климата
Спасибо за внимание