Физиология терморегуляции

ЛЕКЦИЯ 18
Физиология терморегуляции
ВОПРОСЫ
• 1.Жизнь в условиях низких и высоких
температур
• 2.Механизмы теплопродукции и
теплоотдачи
• 3.Механизмы регуляции температуры
тела
1.Жизнь в условиях низких и
высоких температур
• Жизнь возможна в узких температурных
границах, практически совпадающих с
температурой фазовых переходов
воды,
• От 0 (-1,8) до 50 градусов по шкале С
• Пойкилотермные организмы (от греч.
poikilos — изменчивый) не способны
поддерживать температуру тела на
постоянном уровне, так как они
вырабатывают мало тепла и имеют
несовершенные механизмы его
сохранения.
• Гомойотермные организмы (от греч.
homeo — подобный, одинаковый), к
которым относится и человек,
вырабатывают много тепла, отличаются
относительным постоянством
температуры тела, незначительно
изменяющейся в течение суток.
• Гетеротермные организмы (от греч.
heteros — другой) отличаются тем, что
колебания температуры их тела
превышают границы, свойственные
гомойотермным животным. Это
характерно для ранних этапов
онтогенеза, зимней спячки некоторых
гомойотермных животных, а также для
млекопитающих и птиц с очень малыми
размерами тела.
Причины гибели при гипертермии
•
•
•
•
Денатурация белков
Термическая инактивация ферментов
Недостаток кислорода
Различия в Q10 для сопряженных
реакций
• Изменения структуры мембран
• Источником тепла является
метаболизм
• Потребление кислорода на 1 г массы
тела у мелких млекопитающих намного
выше, чем у крупных
Закон Рубнера
• У млекопитающих поверхность тела
равна
• S=AW0.66
• Потребление кислорода и
теплообразование тоже функция массы
тела
• M=70 W0.74
Закон поверхности тела Рубнера.
• Зависимость интенсивности основного обмена от
площади поверхности тела была показана немецким
физиологом Рубнером для различных животных
(кривая «мышь - слон»).
• Согласно этому правилу, интенсивность основного
обмена тесно связана с размерами поверхности
тела: у теплокровных организмов, имеющих разные
размеры тела, с 1 м2 поверхности рассеивается
одинаковое количество тепла.
• Таким образом, закон поверхности тела гласит:
энергетические затраты теплокровного организма
пропорциональны площади поверхности тепа.
Удельное потребление кислорода у различных млекопитающих.
Потребление О2 на единицу веса тела быстро увеличивается по
мере уменьшения
размеров тела.
Землеройка 3,5 грамма съедает
в сутки 8 граммов корма
• Температурный фактор определяет
скорость протекания ферментативных
процессов, всасывания, проведения
возбуждения и мышечного сокращения.
• Температура тела определяется
соотношением двух процессов —
теплопродукции и теплоотдачи.
• Когда они не соответствуют друг другу и
возникает угроза изменений температуры
тела, процессы регуляции в составе
функциональной системы терморегуляции
адаптивно меняют теплопродукцию
(химическая терморегуляция) и теплоотдачу
(физическая терморегуляция).
• Различают сократительную и
несократительную теплопродукцию.
ТЕПЛОПРОДУКЦИЯ.
•
•
•
•
Тепло образуется в процессе обмена веществ.
Уровень теплообразования зависит от:
основного обмена,
мышечной активности (сократительный термогенез),
включая мышечные сокращения при дрожи;
• эффекта гормонов (T4, адреналин, норадреналин,
СТГ, тестостерон);
• симпатической стимуляции;
• несократительного термогенеза, т.е. образования
тепла при разобщении окисления и
фосфорилирования, в том числе в клетках бурого
жира.
• Основное тепло генерируется в печени,
мозгу, сердце и в скелетных мышцах во
время их работы.
• Затем тепло передаётся к коже, где оно
теряется в воздухе и окружающей
среде.
Источники теплопродукции
ТЕПЛООТДАЧА.
•
Кожа как теплоизолятор. Кожа и в особенности подкожная
жировая ткань — тепловые изоляторы. Теплопроводность
жировой ткани составляет лишь одну треть от
теплопроводности других тканей. Поэтому кожа эффективна в
поддержании постоянной внутренней температуры даже при
температуре на поверхности кожи, близкой к температуре
среды.
• Кожа как теплообменная система. Величина кровотока в коже
варьирует от 0 до 30% всего сердечного выброса. Кожа —
эффективная управляемая теплообменная система, в которой
ток крови в коже — основной механизм переноса тепла от тела
к коже.
• Если температура тела превышает температуру среды, то тело
будет отдавать тепло в среду. Отдача тепла в окружающую
среду осуществляется излучением, теплопроведением,
конвекцией и испарением.
• Скорость теплоотдачи зависит от двух
факторов:
• скорости проведения тепла (в
основном с кровотоком) от мест его
образования к коже
• и скорости отдачи тепла кожей в
окружающую среду.
ТЕПЛООТДАЧА
•Излучение. На рис. показано, что
обнажённый человек в условиях
комнатной температуры теряет
около 60% от отдаваемого тепла
посредством излучения
инфракрасных волн длиной от
760 нм.
Теплоотдача
• Конвекция (15% отдаваемого тепла) —
потеря тепла путём переноса
движущимися частицами воздуха или
воды. Количество тепла, теряемого
конвекционным способом, возрастает с
увеличением скорости движения
воздуха (вентилятор, ветер). В воде
величина отдачи тепла путём
проведения и конвекции во много раз
больше, чем на воздухе.
Теплоотдача
• · Проведение — контактная передача тепла
(3% отдаваемого тепла) при соприкосновении
поверхности тела с какими-либо
физическими телами (стул, пол, подушка,
одежда и др.).
• Излучение, конвекция и проведение
происходят, когда температура тела выше
температуры окружающей среды. Если
температура поверхности тела равна или
ниже температуры окружающей среды, то эти
способы потери тепла организмом
становятся неэффективными.
• · Испарение — необходимый механизм выделения
тепла при высоких температурах. Испарение воды с
поверхности тела приводит к потере 0,58 ккал тепла
на каждый грамм испарившейся воды.
• Даже без видимого потоотделения вода испаряется с
поверхности кожи и лёгких в пределах от 450 до
600 мл в день, вызывая потерю тепла порядка 12–
16 ккал/час.
• Неощутимое испарение — результат непрерывной
диффузии молекул воды через кожу и дыхательные
поверхности, оно не контролируется системой
температурной регуляции.
ПОТООТДЕЛЕНИЕ
• — один из важных приспособительных
механизмов организма к изменениям условий
внешней среды.
• В повседневной жизни встречаются два вида
потоотделения — терморегуляторное
(возникает на всей поверхности тела в ответ
на повышение температуры окружающей
среды и при физической нагрузке) и
психогенное (в ответ на эмоциональный
стресс, обычно локально, но иногда
генерализованно).
Потоотделение
• Эккриновые потовые железы (20 млн по всей поверхности кожи)
выделяют раствор хлорида натрия, они равномерно
распределены по поверхности тела и обеспечивают
терморегуляцию.
• Апокриновые потовые железы (подмышечные и паховые)
выделяют феромоны и принимают участие в создании запаха
тела.
• Секреторный отдел потовой железы образует первичный
секрет, по составу аналогичный плазме крови, но без белков.
По мере движения секрета по направлению к коже большая
часть электролитов реабсорбируется.
• Активация потовых желёз вызывает увеличение образования
секрета, но интенсивность реабсорбции остаётся без
изменений. Это приводит к потерям электролитов (прежде
всего, хлорида натрия).
• Выделение пота варьирует в зависимости от вида работы и
окружающей температуры.
ПОТООТДЕЛЕНИЕ
•3.Механизмы регуляции
температуры тела
Температура в различных областях тела
в условиях холода (А) и тепла (Б)
Суточные колебания
температуры тела (ректальной)
• Центральные нейроны. Передний гипоталамус и
преоптическая область содержат
термочувствительные нейроны, реагирующие
преимущественно на охлаждение организма.
Регуляция теплопродукции осуществляется в
области задних отделов гипоталамуса.
• à Кожные терморецепторы реагируют на
минимальные изменения температуры — 0,005 °C и
постоянно снабжают терморегуляторные центры
текущей информацией о температуре и быстрых её
изменениях.
• Механизм, понижающий температуру тела
• Полное расширение сосудов кожи почти во всех
областях тела увеличивает в 8 раз количество тепла,
доставляемого к коже. Массивное сосудорасширение
происходит при торможении симпатической
активности заднего гипоталамуса.
• Потоотделение увеличивает величину потерь тепла
за счёт испарения. Повышение температуры тела на
1 °С вызывает потоотделение, достаточное чтобы в
10 раз снизить уровень теплообразования.
• Торможение образования тепла за счёт
блокирования химического термогенеза и дрожания.
Механизм, сохраняющий
тепло и температуру тела
•
•
•
•
Сужение сосудов основных регионов тела. Вазоконстрикция
достигается активацией симпатических центров заднего гипоталамуса.
Пилоэрекция — реакция выпрямления волос тела. Для человека эта
реакция не имеет такого большого значения, как для животных,
образующих при выпрямлении шерсти «воздушный изолятор». У
человека сохранились остатки этой системы («гусиная кожа»), но их
эффективность ограничена.
Значительное повышение теплопродукции, вызванное возбуждением
симпатической системы, увеличением секреции T4 и мышечной дрожи.
Дрожь может увеличивать величину теплопродукции в 4–5 пять раз.
Двигательный центр дрожи располагается в дорсомедиальной части
заднего гипоталамуса. Он тормозится повышенной внешней
температурой и возбуждается при её понижении. Импульсы из центра
дрожи вызывают генерализованное повышение мышечного тонуса.
Повышенный мышечный тонус приводит к возникновению ритмических
рефлексов с мышечных веретён, что и вызывает дрожь.
Компьютерная обработка частоты симпатической эфферентной
импульсации почечного нерва (1), частоты потенциалов инспираторных
сокращений мышц диафрагмы (2), частоты сердечных сокращений (3) при
изменениях температурных условий в камере (4). Данные одного опыта.
Изменения симпатической эфферентной импульсации
в почечном нерве крысы (линия с квадратами) при
постепенном повышении и последующем понижении
температуры внешней среды. Линия с точками температура в камере. Левая ордината для СЭИ,
правая - для температуры.
Одновременные записи тонической эфферентной симпатической
импульсации почечного нерва (1), ЭКГ (2) и потенциалов мышц
диафрагмы (3) при последовательном повышении температуры в камере.
А- 26оС, Б- 32оС, В-Д - 41оС (соответственно в начале, через час и через
2 часа после стабилизации температуры на отметке 41оС).
Спасибо за внимание!