Понятие о гомойотермии и пойкилотермии. Центры теплообразования и теплоотдачи. Регуляция теплообмена

    Отдача  тепла в среду осуществляется с помощью 4 основных механизмов:

    1)испарения; 

    2)теплопроведения;

    3)теплоизлучения;

    4)конвекции. 

    Механизмы теплоотдачи и управление выделением тепла.

    К – кора, Кж – кожа, ЦГт – центры гипоталамуса, Сдц – сосудодвигательный центр, Пм – продолговатый мозг, См –  спинной мозг, Гф – гипофиз, ТГ –  тиреотропный гормон, Жвс – железы внутренней секреции, Гм – гормоны, Птр – пищеварительный тракт, Кс – кровеносные сосуды, Л –  легкие, а, б – поток афферентной  импульсации. 

    Вклад каждого механизма в теплоотдачу  определяется состоянием среды и  скоростью продукции тепла в организме. В условиях температурного комфорта основная масса тепла отдается за счет теплопроведения, теплоизлучения и конвекции и лишь 19—20% — с помощью испарения. При высокой температуре среды до 75—90% тепла отдается за счет испарения.

    Теплопроведение — это способ отдачи тепла телу, которое непосредственно контактирует с телом человека. Чем ниже температура этого тела, чем выше температурный градиент, тем выше скорость потери тепла за счет этого механизма. Обычно этот способ отдачи тепла ограничен одеждой и воздушной прослойкой, которые являются хорошими изоляторами тепла, а также подкожным жировым слоем. Чем толще этот слой, тем меньше вероятность передачи тепла к холодному телу.

    Теплоизлучение  — отдача тепла с участков кожи, не прикрытых одеждой. Происходит путем длинноволнового инфракрасного излучения, поэтому такой вид теплоотдачи еще называют радиационной теплоотдачей. В условиях температурного комфорта за счет этого механизма отдается до 60% тепла. Эффективность теплоизлучения зависит от градиента температуры (чем он выше, тем больше тепла отдается), от площади, с которой происходит излучение, от числа объектов, находящихся в среде, которые поглощают инфракрасные лучи.

    Конвекция. Воздух, соприкасающийся с кожей, нагревается и поднимается, его место занимает «холодная» порция воздуха и т. д. Таким способом — за счет тепломассапереноса отдается в условиях температурного комфорта до 15% тепла.

    Во  всех перечисленных механизмах большую  роль играет кожный кровоток: когда  его интенсивность возрастает за счет снижения тонуса гладкомышечных клеток артериол и закрытия артериовенозных шунтов — отдача тепла существенно возрастает. Этому также способствует увеличение объема циркулирующей крови: чем больше его значение, тем выше возможность переноса тепла в среду. На холоде происходят противоположные процессы — уменьшается кожный кровоток, в том числе за счет прямого переброса артериальной крови из артерий в вены, минуя капилляры, уменьшается объем циркулирующей крови, меняется и поведенческая реакция: человек или животное инстинктивно занимает позу «калачиком», т. к. в этом случае площадь отдачи тепла уменьшается на 35%, у животных к этому добавляется и реакция — «гусиная кожа» — подъем волос кожи (пилоэрекция), что повышает ячеистость накожного покрова и снижает возможность отдачи тепла.

    На  долю кистей рук приходится небольшая  часть поверхности тела — всего 6%, но их кожей отдается до 60% тепла при помощи механизма сухой теплоотдачи (теплоизлучение, конвекция).

    Испарение. Отдача тепла происходит за счет траты энергии (0,58 ккал на 1 мл воды) на испарение воды. Различают два вида испарения, или перспирации: неощущаемую и ощущаемую перспирацию.

    а)неощущаемая  перспирация — это испарение воды со слизистых дыхательных путей и воды, которая просачивается через эпителий кожного покрова (тканевой жидкости). За сутки через дыхательные пути испаряется в норме до 400 мл воды, т. е. отдается 400x0,58ккал=232ккал/сутки. При необходимости эта величина может быть увеличена за счет так называемой тепловой одышки, которая обусловлена влиянием нейронов центра теплоотдачи на дыхательные нейроны ствола мозга.

    В среднем за сутки через эпидермис  просачивается около 240 мл воды. Следовательно, за счет этого отдается 240•0,58ккал=139ккал/сутки. Эта величина не зависит от процессов регуляции и различных факторов среды.

    Оба вида неощущаемой перспирации за сутки позволяют отдать (400 + 240) • 0,58 = 371 ккал.

    б)ощущаемая  перспирация (отдача тепла путем  испарения пота). В среднем за сутки при комфортной температуре среды выделяется 400—500 мл пота, следовательно, отдается до 300 ккал. Однако при необходимости объем потоотделения может возрасти до 12 л/сутки, т. е. путем потоотделения можно отдать почти 7000 ккал в сутки. За час потовые железы могут продуцировать до 1,5 л, а по некоторым источникам — до 3 л пота.

    Эффективность испарения во многом зависит от среды: чем выше температура и ниже влажность  воздуха (насыщенность воздуха водяными парами), тем выше эффективность  потоотделения как механизма  отдачи тепла. При 100% насыщения воздуха  парами воды испарение невозможно.

    Потовые железы состоят из концевой части, или тела, и потового протока, который открывается наружу потовой порой. По характеру секреции потовые железы делятся на эккриновые (мерокриновые) и апокриновые. Апокриновые железы локализуются, главным образом, в подмышечной впадине, в лобковой области, а также в области половых губ, промежности, околососковом круге молочной железы. Апокриновые железы секретируют жирное вещество, богатое органическими соединениями. Вопрос об их иннервации дискутируется — одни утверждают, что она адренергическая симпатическая, другие считают, что она вообще отсутствует и продукция секрета зависит от гормонов мозгового вещества надпочечников (адреналина и норадреналина).

    Видоизмененными апокриновыми железами являются ресничные  железы, расположенные в веках у ресниц, а также железы, продуцирующие ушную серу в наружном слуховом проходе, и железы носа (преддверные железы). В испарении, однако, апокриновые железы не участвуют. Эккриновые, или мерокриновые, потовые железы расположены в коже почти всех областей тела. Всего их более 2 млн. (хотя есть люди, у которых они почти полностью отсутствуют). Больше всего потовых желез на ладонях и подошвах (свыше 400 на 1 см²) и в коже лобка (около 300 на 1см²). Скорость потообразования, также как и включение в активность потовых желез, в разных участках тела очень широко варьирует.

    По  химическому составу пот —  это гипотонический раствор: он содержит 0,3% хлористого натрия (в крови — почти 0,9%), мочевину, глюкозу, аминокислоты, аммоний, малые количества молочной кислоты. рН пота варьирует от 4,2 до 7, в среднем рН = 6. Удельный вес — 1,001—1,006. Так как пот — это гипотоническая среда, то при обильном потоотделении больше теряется воды, чем солей, и в крови может происходить повышение осмотического давления. Таким образом, обильное потоотделение чревато изменением водно-солевого обмена.

    Потовые железы иннервируются симпатическими холинергическими волокнами — в  их окончаниях выделяется ацетилхолин, который взаимодействует с М-холинорецепторами, повышая продукцию пота. Преганглионарные нейроны расположены в боковых столбах спинного мозга на уровне Th₂—L₂, а постганглионарные нейроны — в симпатическом стволе.

    При необходимости повышения теплоотдачи  путем потоиспарения происходит активация нейронов коры, лимбической системы и, главным образом, гипоталамуса. От гипоталамических нейронов сигналы идут к нейронам спинного мозга и постепенно вовлекают различные участки кожи в процесс потоотделения: вначале лицо, лоб, шею, потом — туловище и конечности.

    Существуют  различные способы активного  воздействия на процесс потоотделения. Например, многие жаропонижающие средства, или антипиретики: аспирин и другие салицилаты — повышают потообразование и, тем самым, снижают температуру тела (происходит усиленная теплоотдача путем испарения). Потогонным эффектом обладают также соцветия липы, ягоды малины, листья мать-и-мачехи.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    Жизнь   сопряжена   с   непрерывным   расходом   энергии,   которая   необходима   для   функционирования   организма.   С   точки зрения термодинамики, живые организмы относятся к открытым системам,   так   как   для   своего   существования   они   непрерывно обмениваются    с    внешней    средой веществами и энергией. Источником энергии живых организмов   служат    химические превращения   органических   веществ,   поступающих   из   окружающей среды. Превращение этих веществ из сложных в простые и приводит к высвобождению энергии, заключенной в химических связях. Извлечение энергии из химических связей осуществляется главным  образом  с  затратой  молекулярного  кислорода (аэробный   обмен);   окислению   в   ряде   цепей   предшествует   бескислородное   расщепление   (анаэробный   обмен).

    Основным   аккумулятором   энергии   для   использования ее в   клеточных   процессах   является   аденозинтрифосфат     (АТФ). С  помощью  энергии  АТФ  обеспечивается  возможность  синтеза белка,  деления   клеток,   поддержания   их  осмотического   градиента,   мышечного  сокращения   и   др.   Согласно   первому  закону термодинамики,   химическая   энергия   АТФ,   пройдя   через   промежуточные стадии, в конечном итоге превращается в тепловую, которая   и   теряется   организмом.   Поэтому   интенсивность   энергообмена  организма   является   суммой  энерготрат  на   функцию клеточных   систем,   аккумулированной   энергии   и   потерь   ее  в виде   теплоты.

    Жизнь организма зависит от протекания химических реакций с превращением всех видов энергии в тепловую. Скорость химических реакций, а следовательно, и энергообмена зависит от температуры тканей. Теплота как конечное превращение энергии способна переходить из области более высокой температуры в область более низкой. Температура тканей определяется соотношением скорости метаболической теплопродукции их клеточных структур и скорости рассеивания образующейся теплоты в окружающую среду. Следовательно, теплообмен между организмом и внешней средой является неотъемлемым условием существования животных организмов. Для поддержания нормальной (оптимальной) температуры тела у животных организмов имеется система регуляции теплообмена со   средой.

    Животные  организмы подразделяются на пойкилотермные и гомойотермные. Пойкилотермные (стоящие на более низких ступенях филогенетической лестницы) обладают несовершенными, но все же достаточно эффективными механизмами терморегуляции. Эти механизмы включают химическую систему температурной компенсации, позволяющую удерживать устойчивый энергообмен при значительных перепадах температуры тела, терморегуляцию поведением (выбор оптимальной температуры среды) и температурный гистерезис (способность захватывать теплоту из внешней среды быстрее, чем ее терять).

    Гомойотермия  — более позднее приобретение эволюции животного мира. К истинно гомойотермным животным относят птиц и млекопитающих, так как эти животные способны поддерживать постоянную в пределах 2°С температуру тела мри сравнительно широких колебаниях температуры внешней среды.

    В основе гомойотермии лежит более  высокий, чем у пойкилотермных животных, уровень энергообмена за счет усиления роли тиреоидных гормонов, стимулирующих работу клеточного натриевого насоса. Высокий энергообмен привел к формированию совершенных механизмов регуляции тепловой энергии   в   организме.

    Ряд животных относится к группе гетеротермных организмов: при одних условиях они пойкилотермные организмы, при других – гомойотермные.

    Для поддержания постоянной температуры  тела гомойотермные животные обладают химической и физической терморегуляцией. Физическая терморегуляция осуществляется изменением   теплопроводности   покровных   тканей   тела   (изменение кровотока   кожи,   пилоэрекция,    испарение   влаги   с   поверхности   тела   или   ротовой   полости).

       Химическая терморегуляция осуществляется путем увеличения теплообразования в организме. Выделяют два основных источника химической терморегуляции (регулируемого теплообразования): сократительный термогенез за счет произвольной активности локомоторного аппарата, терморегуляционного тонуса и дрожи мышц и несократительный термогенез за счет бурой жировой  ткани, специфико-динамического действия пищи и др.

    Управление  теплообменом осуществляется активностью  тepморецепторов,    информация от которых    поступает   в   центр терморегуляции  гипоталамуса,   управляющий   реакциями   химической   и   физической   терморегуляции.

    Длительное  пребывание в условиях высокой или  низкой температуры окружающей среды приводит к существенным изменениям свойств организма, повышающих его устойчивость к   действию   соответствующих   температурных   факторов.

    Построение   и   обновление   тканей   тела,   а   также   покрытие энерготрат   организма   должны   обеспечиваться   адекватным   питанием.   В   обмене   веществ   и   энергии   различают   два  процесса:   анаболизм   и   катаболизм.   Под   анаболизмом понимают совокупность  процессов,  направленных на построение структур   организма   главным   образом    через   синтез   сложных органических    веществ.    Катаболизм    —   это   совокупность    процессов   распада   сложных   органических   веществ   с   целью   высвобождения    энергии.    В    основе    анаболизма    и    катаболизма лежат   соответственно   процессы   ассимиляции   и   диссимиляции, которые   взаимосвязаны   и   сбалансированы.

    Пищевые    потребности    животных    достаточно    однородны: необходимые     вещества     для     энергообмена     (белки,     жиры, углеводы),     вещества   для   построения   сложных   белковых   молекул   и   клеточных   структур   (аминокислоты,   пурины,   липиды, углеводы),    специальные    катализаторы    обмена    (витамины)    и стабилизаторы   клеточных   мембран   (антиоксиданты),    неорганические     ионы     и     универсальный   биологический     растворитель — вода.