Temat zajęć: Termoregulacja człowieka. Termoregulacja fizyczna Mechanizmy termoregulacji w organizmie człowieka

U zwierząt i ludzi stałocieplnych (tzw. organizmów homeotermicznych), w przeciwieństwie do organizmów zimnokrwistych (lub poikilotermicznych), stała temperatura ciała jest warunkiem istnienia, jednym z kardynalnych parametrów homeostazy (lub stałości) środowisko wewnętrzne ciało.

Mechanizmy fizjologiczne zapewniające homeostazę termiczną organizmu („jego rdzenia”) dzielą się na dwa grupy funkcyjne: mechanizmy termoregulacji chemicznej i fizycznej. Termoregulacja chemiczna to regulacja wytwarzania ciepła w organizmie. Ciepło jest stale wytwarzane w organizmie w wyniku reakcji metabolicznych redoks. W tym przypadku część jest uwalniana do środowiska zewnętrznego, im większa jest różnica między temperaturą ciała a otoczeniem. Dlatego utrzymanie stabilnej temperatury ciała przy spadku temperatury otoczenia wymaga odpowiedniego wzmożenia procesów metabolicznych i towarzyszącego im wytwarzania ciepła, co kompensuje utratę ciepła i prowadzi do utrzymania ogólnego bilansu cieplnego organizmu i utrzymania stałej temperatury wewnętrznej. Proces odruchowego zwiększania produkcji ciepła w odpowiedzi na spadek temperatury otoczenia nazywa się termoregulacją chemiczną. Wydzielanie energii w postaci ciepła towarzyszy obciążeniu funkcjonalnemu wszystkich narządów i tkanek i jest charakterystyczne dla wszystkich żywych organizmów. Specyfika organizmu człowieka polega na tym, że zmiana wytwarzania ciepła w reakcji na zmianę temperatury stanowi szczególną reakcję organizmu, która nie wpływa na poziom funkcjonowania podstawowych układów fizjologicznych.

Specyficzne wytwarzanie ciepła termoregulacyjnego koncentruje się głównie w mięśniach szkieletowych i wiąże się ze specjalnymi formami funkcjonowania mięśni, które nie wpływają na ich bezpośrednią aktywność motoryczną. Zwiększenie wydzielania ciepła podczas chłodzenia może wystąpić także w mięśniu w stanie spoczynku, a także w przypadku sztucznego wyłączenia funkcji skurczowej na skutek działania określonych trucizn.

Jednym z najczęstszych mechanizmów specyficznego wytwarzania ciepła termoregulacyjnego w mięśniach jest tzw. napięcie termoregulacyjne. Wyraża się to poprzez mikroskurcze włókienek, rejestrowane jako wzrost aktywności elektrycznej zewnętrznie nieruchomego mięśnia po jego ochłodzeniu. Ton termoregulacyjny zwiększa zużycie tlenu przez mięśnie, czasami o ponad 150%. Przy silniejszym ochłodzeniu, wraz z gwałtownym wzrostem napięcia termoregulacyjnego, aktywowane są widoczne skurcze mięśni w postaci drżenia zimnego. W tym przypadku wymiana gazowa wzrasta do 300 - 400%. Charakterystyczne jest, że mięśnie nie są równe pod względem udziału w termoregulacyjnym wytwarzaniu ciepła.

Przy długotrwałej ekspozycji na zimno termogenezę kurczliwą można w pewnym stopniu zastąpić (lub uzupełnić) poprzez przełączenie oddychania tkankowego w mięśniu na tzw. ścieżkę swobodną (niefosforylującą), w której faza powstawanie i późniejszy rozkład ATP jest wyeliminowany. Mechanizm ten nie jest związany ze skurczem mięśni. Całkowita masa ciepła wydzielanego podczas swobodnego oddychania jest prawie taka sama jak podczas termogenezy drożdży, jednak większość energii cieplnej jest zużywana natychmiast, a procesów utleniania nie można zahamować brakiem ADP lub nieorganicznego fosforanu.

Ta ostatnia okoliczność pozwala z łatwością utrzymać wysoki poziom wytwarzania ciepła przez długi czas.

Zmiany tempa metabolizmu spowodowane wpływem temperatury otoczenia na organizm człowieka są czymś naturalnym. W pewnym zakresie temperatur zewnętrznych produkcja ciepła odpowiadająca metabolizmowi spoczynkowego organizmu jest całkowicie kompensowana przez jego „normalny” (bez aktywnego wzmożenia) transfer ciepła. Wymiana ciepła organizmu z otoczeniem jest zrównoważona. Ten zakres temperatur nazywany jest strefą termoneutralną. Poziom wymiany w tej strefie jest minimalny. Często o tym mówią punkt krytyczny, co oznacza określoną wartość temperatury, przy której osiągana jest równowaga cieplna z otoczeniem. Teoretycznie jest to prawdą, ale ustalenie takiego punktu eksperymentalnie jest prawie niemożliwe ze względu na ciągłe nieregularne wahania metabolizmu i niestabilność właściwości termoizolacyjnych powłoki.

Spadek temperatury otoczenia poza strefą termoneutralną powoduje odruchowe zwiększenie poziomu metabolizmu i wytwarzania ciepła do czasu zrównoważenia równowagi cieplnej organizmu w nowych warunkach. Z tego powodu temperatura ciała pozostaje niezmieniona.

Wzrost temperatury otoczenia poza strefą termoneutralną powoduje także wzrost poziomu metabolizmu, co spowodowane jest uruchomieniem mechanizmów aktywujących wymianę ciepła, które do swojej pracy wymagają dodatkowego nakładu energii. Tworzy to strefę termoregulacji fizycznej, podczas której temperatura również pozostaje stabilna. Po osiągnięciu pewnego progu mechanizmy zwiększania wymiany ciepła okazują się nieskuteczne, rozpoczyna się przegrzanie i ostatecznie śmierć organizmu.

Już w 1902 roku Rubner zaproponował rozróżnienie dwóch typów tych mechanizmów – termoregulacji „chemicznej” i „fizycznej”. Pierwszy związany jest ze zmianami w produkcji ciepła w tkankach (napięcie reakcje chemiczne wymiana), drugi charakteryzuje się przenoszeniem i redystrybucją ciepła. Oprócz krążenia krwi pocenie się odgrywa ważną rolę w termoregulacji fizycznej, dlatego skóra pełni specjalną funkcję wymiany ciepła - tutaj krew podgrzana w mięśniach lub w „rdzeniu” ochładza się i realizowane są mechanizmy pocenia się i pocenia Tutaj.

b Zwykle przewodzenie ciepła można pominąć, ponieważ Przewodność cieplna powietrza jest niska. Przewodność cieplna wody jest 20-krotnie większa, dlatego przenoszenie ciepła przez przewodzenie odgrywa znaczącą rolę i staje się istotnym czynnikiem hipotermii w przypadku mokrej odzieży, zawilgoconych skarpet itp.

b Bardziej efektywne przenoszenie ciepła na drodze konwekcji (tj. poprzez przemieszczanie cząstek gazu lub cieczy, mieszanie ich ogrzanych warstw z ochłodzonymi). W środowisku powietrznym, nawet w warunkach spoczynku, przenoszenie ciepła przez konwekcję odpowiada za do 30% strat ciepła. Rola konwekcji na wietrze czy podczas ruchu człowieka wzrasta jeszcze bardziej.

b Przeniesienie ciepła przez promieniowanie z ciała ogrzanego do zimnego następuje zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna i jest proporcjonalne do różnicy czwartej potęgi temperatury skóry (ubrania) i powierzchni otaczających przedmiotów. W ten sposób w „komfortowych” warunkach osoba rozebrana oddaje aż do 45% energii cieplnej, natomiast dla osoby ciepło ubranej utrata ciepła przez promieniowanie nie odgrywa szczególnej roli.

b Odparowanie wilgoci ze skóry i powierzchni płuc jest również skutecznym sposobem przekazywania ciepła (do 25%) w „komfortowych” warunkach. W warunkach wysokiej temperatury otoczenia i intensywnej pracy mięśni dominującą rolę odgrywa przekazywanie ciepła poprzez parowanie potu – w 1 gramie potu zostaje odprowadzone 0,6 kcal energii. Obliczenie całkowitej objętości ciepła utraconego przez pot nie jest trudne, biorąc pod uwagę, że w warunkach intensywnej pracy mięśni człowiek może stracić nawet 10–12 litrów płynów w ciągu ośmiogodzinnego dnia pracy. Na mrozie utrata ciepła przez pot dobrze ubranej osoby jest niewielka, ale i w tym przypadku należy liczyć się z utratą ciepła w wyniku oddychania. W procesie tym łączone są jednocześnie dwa mechanizmy wymiany ciepła - konwekcja i parowanie. Utrata ciepła i płynów w wyniku oddychania jest dość znaczna, szczególnie podczas intensywnej pracy mięśni w warunkach niskiej wilgotności powietrza.

Istotnym czynnikiem wpływającym na procesy termoregulacji są reakcje naczynioruchowe (naczynioruchowe) skóry. Przy najbardziej wyraźnym zwężeniu łożyska naczyniowego utrata ciepła może zmniejszyć się o 70%, a przy maksymalnej ekspansji może wzrosnąć o 90%.

Różnice gatunkowe w termoregulacji chemicznej wyrażają się w różnicy w poziomie podstawowego (w strefie termoneutralności) metabolizmu, położeniu i szerokości strefy termoneutralnej, nasileniu termoregulacji chemicznej (wzrost metabolizmu przy spadku temperatury otoczenia o 1° C), a także w zakresie skutecznego działania termoregulacji.Wszystkie te parametry odzwierciedlają ekologiczną specyfikę poszczególnych gatunków i zmieniają się adaptacyjnie w zależności od położenie geograficzne region, pora roku, wysokość nad poziomem morza i szereg innych czynników środowiskowych.

Reakcje regulacyjne mające na celu utrzymanie stałej temperatury ciała podczas przegrzania reprezentowane są przez różne mechanizmy zwiększania wymiany ciepła do środowiska zewnętrznego. Wśród nich rozpowszechnione i wysoce efektywne jest przenoszenie ciepła poprzez intensyfikację odparowywania wilgoci z powierzchni ciała i/lub górnych dróg oddechowych. Kiedy wilgoć wyparowuje, zużywane jest ciepło, co może pomóc w utrzymaniu równowagi termicznej. Reakcja aktywuje się, gdy pojawiają się oznaki przegrzania organizmu.

Zatem adaptacyjne zmiany w wymianie ciepła w organizmie człowieka mogą mieć na celu nie tylko utrzymanie wysoki poziom metabolizmu, jak większość ludzi, ale także do ustawienia niskiego poziomu w warunkach grożących wyczerpaniem zapasów energii.

Termoregulacja człowieka – zespół niezwykle ważne mechanizmy, utrzymując stabilność reżimu temperaturowego organizmu w różnych warunkach środowiskowych. Ale dlaczego człowiek potrzebuje tak wiele stała temperatura ciało i co się stanie, jeśli zacznie się wahać? Jak zachodzą procesy termoregulacyjne i co zrobić, jeśli naturalny mechanizm zawiedzie? Więcej o tym wszystkim poniżej.

Człowiek, jak większość ssaków, jest istotą homeotermiczną. Homeotermia to zdolność organizmu do zapewnienia stałego poziomu temperatury, głównie poprzez reakcje fizjologiczne i biochemiczne.

Termoregulacja organizmu człowieka to ewolucyjnie ukształtowany zespół mechanizmów wyzwalanych przez czynniki humoralne (poprzez płynne środowisko) i regulacja nerwowa, metabolizm (metabolizm) i metabolizm energetyczny. Różne mechanizmy mają różne metody i warunki działania, więc ich aktywacja zależy od pory dnia, płci człowieka, liczby przeżytych lat, a nawet położenia Ziemi na orbicie.

Mapa cieplna człowieka

Termoregulacja w organizmie człowieka odbywa się odruchowo. Specjalne systemy, których działanie ma na celu kontrolę temperatury, regulują intensywność wydzielania lub pochłaniania ciepła.

System termoregulacji człowieka

Utrzymanie temperatury ciała na stałym, zadanym poziomie odbywa się za pomocą dwóch przeciwstawnych mechanizmów termoregulacji organizmu człowieka – wydzielania i wytwarzania ciepła.

Mechanizm wytwarzania ciepła

Mechanizm wytwarzania ciepła, czyli termoregulacja chemiczna człowieka, to proces, który przyczynia się do wzrostu temperatury ciała. Występuje we wszystkich procesach metabolizmu, ale głównie we włóknach mięśniowych, komórkach wątroby i komórkach tłuszczu brunatnego. Tak czy inaczej, wszystkie struktury tkankowe uczestniczą w wytwarzaniu ciepła. W każdej komórce organizmu człowieka zachodzą procesy oksydacyjne rozkładające substancje organiczne, podczas których część uwolnionej energii jest zużywana na ogrzewanie organizmu, a główna ilość na syntezę kwasu adenozynotrifosforanowego (ATP). Połączenie to jest wygodną formą magazynowania, transportu i wykorzystania energii.

Tak wygląda cząsteczka ATP

Kiedy temperatura spada, tempo procesów metabolicznych w organizmie człowieka odruchowo maleje i odwrotnie. Regulacja chemiczna jest aktywowana w przypadkach, gdy fizyczny składnik wymiany ciepła nie jest wystarczający do utrzymania normalnej wartości temperatury.

Mechanizm wytwarzania ciepła zostaje aktywowany w momencie otrzymania sygnałów z receptorów zimna. Dzieje się tak, gdy temperatura otoczenia spada poniżej tzw. „strefy komfortu”, która dla osoby lekko ubranej mieści się w przedziale temperatur od 17 do 21 stopni, a dla osoby nagiej wynosi około 27-28 stopni. Warto zaznaczyć, że dla każdego człowieka „strefa komfortu” ustalana jest indywidualnie i może różnić się w zależności od stanu zdrowia, masy ciała, miejsca zamieszkania, pory roku itp.

Aby zwiększyć produkcję ciepła w organizmie, aktywowane są mechanizmy termogenezy. Wśród nich są następujące.

1. Kontraktywny.

Mechanizm ten aktywowany jest przez pracę mięśni, podczas której następuje przyspieszenie rozkładu adenozytryfofosforanu. Kiedy się rozszczepia, uwalniane jest ciepło wtórne, skutecznie ogrzewając ciało.

W tym przypadku skurcze mięśni występują mimowolnie - po otrzymaniu impulsów pochodzących z kory mózgowej. W rezultacie można zaobserwować znaczny (nawet pięciokrotny) wzrost produkcji ciepła w organizmie człowieka.

Tak skóra reaguje na zimno

Przy niewielkim spadku temperatury wzrasta ton termoregulacyjny, co wyraźnie objawia się pojawieniem się „gęsiej skórki” na skórze i uniesieniem się włosów.

Niekontrolowane skurcze mięśni podczas termogenezy kurczliwej nazywane są zimnymi dreszczami. Można świadomie podnieść temperaturę ciała za pomocą skurczów mięśni - poprzez wykazanie się aktywnością fizyczną. Aktywność fizyczna zwiększa produkcję ciepła nawet 15-krotnie.

2. Niekontraktujące.

Ten typ termogenezy może zwiększyć produkcję ciepła prawie trzykrotnie. Opiera się na katabolizmie (rozkładzie) kwasów tłuszczowych. Mechanizm ten regulowany jest przez współczulny układ nerwowy oraz hormony wydzielane przez tarczycę i rdzeń nadnerczy.

Mechanizm przenoszenia ciepła

Mechanizm wymiany ciepła, czyli fizyczny element termoregulacji, to proces usuwania nadmiaru ciepła z organizmu. Stałą temperaturę utrzymuje się poprzez odprowadzanie ciepła przez skórę (na drodze przewodzenia i konwekcji), promieniowanie i usuwanie wilgoci.

Część wymiany ciepła zachodzi dzięki przewodności cieplnej skóry i warstwy tkanki tłuszczowej. Proces ten jest regulowany w dużej mierze przez krążenie krwi. W tym przypadku ciepło ludzkiej skóry jest przekazywane po dotknięciu na ciała stałe (przewodzenie) lub do otaczającego powietrza (konwekcja). Konwekcja stanowi znaczną część wymiany ciepła - 25-30% ludzkiego ciepła przekazywane jest do powietrza.

Promieniowanie lub emisja to przenoszenie ludzkiej energii w przestrzeń lub na otaczające obiekty, które mają jej więcej niska temperatura. Nawet połowa ludzkiego ciepła jest tracona przez promieniowanie.

I wreszcie odparowanie wilgoci z powierzchni skóry lub z narządów oddechowych, co odpowiada za 23-29% utraty ciepła. Im bardziej temperatura ciała przekracza normę, tym aktywniej organizm chłodzi się poprzez parowanie – powierzchnia ciała pokrywa się potem.

W przypadku, gdy temperatura otoczenia znacznie przekracza wewnętrzny wskaźnik organizmu, parowanie pozostaje jedynym skutecznym mechanizmem chłodzenia, wszystkie inne przestają działać. Jeżeli wysokiej temperaturze zewnętrznej towarzyszy jednocześnie duża wilgotność powietrza, która utrudnia pocenie się (czyli odparowanie wody), wówczas człowiek może się przegrzać i doznać udaru cieplnego.

Rozważmy bardziej szczegółowo mechanizmy fizycznej regulacji temperatury ciała:

Pot

Istotą tego rodzaju wymiany ciepła jest to, że energia jest kierowana środowisko poprzez odparowanie wilgoci ze skóry i błon śluzowych wyściełających drogi oddechowe.

Ten rodzaj wymiany ciepła jest jednym z najważniejszych, ponieważ, jak już wspomniano, może przebiegać w środowisku o wysokich temperaturach, pod warunkiem, że procent wilgotności powietrza jest mniejszy niż 100. Wyjaśnia to fakt, że im wyższy wilgotność powietrza, tym gorzej będzie parować woda.

Ważnym warunkiem efektywności pocenia się jest cyrkulacja powietrza. Dlatego jeśli dana osoba nosi ubrania nieprzepuszczalne dla wymiany powietrza, to po pewnym czasie pot straci zdolność parowania, ponieważ wilgotność powietrza pod ubraniem przekroczy 100%. Spowoduje to przegrzanie.

W procesie pocenia się energia ludzkiego ciała jest zużywana na rozbijanie wiązania molekularne płyny. Tracąc swoje wiązania molekularne, woda przyjmuje stan gazowy, a w międzyczasie nadmiar energii opuszcza organizm.

Odparowanie wody z błon śluzowych dróg oddechowych i parowanie przez tkankę powierzchniową – nabłonek (nawet gdy skóra wydaje się sucha) nazywa się poceniem niezauważalnym. Aktywna praca gruczołów potowych, podczas której następuje obfite pocenie się i przekazywanie ciepła, nazywana jest namacalnym potem.

Emisja fal elektromagnetycznych

Ta metoda przenoszenia ciepła działa poprzez emisję podczerwonych fal elektromagnetycznych. Zgodnie z prawami fizyki każdy obiekt, którego temperatura wzrasta powyżej temperatury otoczenia, zaczyna oddawać ciepło poprzez promieniowanie.

Ludzkie promieniowanie podczerwone

Aby zapobiec nadmiernej utracie ciepła w ten sposób, ludzkość wynalazła odzież. Tkanina odzieży pomaga wytworzyć warstwę powietrza, której temperatura dorównuje temperaturze ciała. Zmniejsza to promieniowanie.

Ilość ciepła rozproszonego przez obiekt jest proporcjonalna do powierzchni promieniowania. Oznacza to, że zmieniając pozycję ciała, możesz regulować wydzielanie ciepła.

Przewodzenie

Przewodzenie lub przewodzenie ciepła ma miejsce, gdy osoba dotyka innego przedmiotu. Jednak pozbycie się nadmiaru ciepła może nastąpić tylko wtedy, gdy przedmiot, z którym dana osoba miała kontakt, miał niższą temperaturę.

Należy pamiętać, że powietrze o niskiej zawartości wilgoci i tłuszczu ma niską przewodność cieplną, dlatego jest izolatorem ciepła.

Konwekcja

Istotą tej metody przekazywania ciepła jest przekazywanie energii przez powietrze krążące wokół ciała, pod warunkiem, że jego temperatura jest niższa od temperatury ciała. Chłodne powietrze w momencie kontaktu ze skórą nagrzewa się i pędzi ku górze, zastępując je nową dawką zimnego powietrza, znajdującego się niżej ze względu na dużą gęstość.

Odzież odgrywa ważną rolę w zapobieganiu nadmiernej utracie ciepła przez organizm podczas konwekcji. Stanowi barierę spowalniającą cyrkulację powietrza, a tym samym konwekcję.

Centrum termoregulacji

Ośrodek termoregulacji człowieka znajduje się w mózgu, czyli w podwzgórzu. Podwzgórze jest częścią międzymózgowia, który zawiera wiele komórek (około 30 jąder). Funkcje tej formacji to utrzymanie homeostazy (tj. zdolności organizmu do samoregulacji) i aktywności układu neuroendokrynnego.

Jedną z najważniejszych funkcji podwzgórza jest zapewnienie i kontrola działań mających na celu termoregulację organizmu.

Podczas pełnienia tej funkcji w ośrodku termoregulacji człowieka zachodzą następujące procesy:

1. Obwodowe i centralne termoreceptory przekazują informacje do przedniego podwzgórza.
2. W zależności od tego, czy nasz organizm potrzebuje ogrzewania, czy chłodzenia, aktywowany jest ośrodek produkcji ciepła lub ośrodek wymiany ciepła.

Kiedy impulsy są przekazywane z receptorów zimna, ośrodek produkcji ciepła zaczyna działać. Znajduje się w tylnej części podwzgórza. Z jąder impulsy przechodzą przez współczulny układ nerwowy, zwiększając tempo procesów metabolicznych, zwężając naczynia krwionośne i aktywując mięśnie szkieletowe.

Jeśli ciało zacznie się przegrzewać, ośrodek wymiany ciepła zaczyna aktywnie działać. Znajduje się w jądrach przedniego podwzgórza. Powstające tam impulsy są antagonistami mechanizmu wytwarzania ciepła. Pod ich wpływem naczynia krwionośne człowieka rozszerzają się, wzrasta pocenie się, a ciało wychładza się.

W termoregulacji człowieka biorą również udział inne części centralnego układu nierówności, a mianowicie kora mózgowa, układ limbiczny i tworzenie siatkówki.

Główną funkcją centrum temperatury w mózgu jest utrzymanie stałego reżimu temperaturowego. Określa się ją na podstawie całkowitej wartości temperatury ciała, w której oba mechanizmy (wytwarzanie i przenoszenie ciepła) są najmniej aktywne.

Narządy wydzielnicze wewnętrzne odgrywają również ważną rolę w termoregulacji organizmu człowieka. W niskich temperaturach tarczyca zwiększa produkcję hormonów przyspieszających procesy metaboliczne. Nadnercza mają zdolność kontrolowania utraty ciepła poprzez hormony regulujące procesy utleniania.

Zaburzenia termoregulacji organizmu: przyczyny, objawy i leczenie

Zaburzenia termoregulacji to nagłe zmiany temperatury ciała lub odchylenia od normy wynoszącej 36,6 stopnia Celsjusza.

Wahania temperatury mogą być spowodowane: czynniki zewnętrzne i wewnętrzne, na przykład choroby.

Eksperci wyróżniają następujące zaburzenia termoregulacji:

• dreszcze;
• dreszcze z hiperkinezą (mimowolne skurcze mięśni);
• hipotermia (hipotermia). Dedykowany do hipotermii;
• hipertermia (przegrzanie organizmu).

Przyczyn zaburzeń termoregulacji jest wiele, a najczęstsze z nich wymieniono poniżej:

• Nabyta lub wrodzona wada podwzgórza (jeśli jest to problem, zmianom temperatury mogą towarzyszyć zaburzenia w przewodzie pokarmowym, układzie oddechowym i układzie sercowo-naczyniowym).
• Zmiany klimatyczne (jako czynnik zewnętrzny).
• Nadużywanie alkoholu.
• Konsekwencja procesu starzenia.
• Zaburzenia psychiczne.
• Dystonia wegetatywno-naczyniowa (na naszej stronie można przeczytać o zmianach temperatury podczas VSD).

W zależności od przyczyny zmianom temperatury mogą towarzyszyć różne objawy, z których częstymi są gorączka, ból głowy, utrata przytomności, zaburzenia w układzie pokarmowym i przyspieszony oddech.

W przypadku zaburzeń regulacji temperatury ciała należy zgłosić się do neurologa. Podstawowe zasady leczenia tego problemu to:

• przyjmowanie leków wpływających na stan emocjonalny pacjenta (jeśli przyczyną są zaburzenia psychiczne);
• przyjmowanie leków wpływających na czynność ośrodkowego układu nerwowego;
• przyjmowanie leków sprzyjających zwiększonemu przenoszeniu ciepła w naczyniach krwionośnych skóry;
• terapia ogólna, która obejmuje: aktywność fizyczną, hartowanie, zdrowe odżywianie, przyjmowanie witamin.

1) Wprowadzenie……………………………………………………………………………….3

2) Poikilotermia, heterotermia, homeotermia………………………...4

3) Zasady regulacji temperatury ciała, bilans cieplny………...5

4) Fizjologia temoreceptorów………………………………………………………6

5) Ośrodki termoregulacji……………………………………………...8

a) węzły wymiany ciepła……………………………………………...9

b) węzły ciepłownicze …………………………………………..10

6) Mechanizmy wytwarzania ciepła………………………………………..10

a) termogeneza skurczowa…………………………………11

b) termogeneza nieskurczowa…………………………………12

7) Mechanizmy wymiany ciepła…………………………………………………………….12

a) przewodzenie ciepła……………………………………………………………...13

b) promieniowanie cieplne………………………………………………….13

c) konwekcja………………………………………………………..14

d) parowanie………………………………………………………..14

8) Metabolizm……………………………………………………….16

9) Jedzenie…………………………………………………………….17

10) Zakończenie……………………………………………………………...20

11) Lista referencji…………………………………..23

WSTĘP

Bez względu na to, jak różnorodne są formy manifestacji życia, są one zawsze nierozerwalnie związane z transformacją energii. Metabolizm energetyczny jest cechą właściwą każdej żywej komórce. Bogate w energię składniki odżywcze są wchłaniane i przekształcane chemicznie, a końcowe produkty metabolizmu o niższej zawartości energii są uwalniane z komórki. Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki energia nie znika i nie pojawia się ponownie. Organizmy muszą otrzymywać energię w postaci dostępnej dla nich ze środowiska i zwracać do środowiska odpowiednią ilość energii w postaci mniej nadającej się do dalszego wykorzystania.

Około sto lat temu francuski fizjolog Claude Bernard ustalił, że żywy organizm i środowisko tworzą jeden system, ponieważ zachodzi między nimi ciągła wymiana substancji i energii. Normalne funkcjonowanie organizmu jest utrzymywane poprzez regulację elementy wewnętrzne, wymagające wydatku energetycznego. Wykorzystanie energii chemicznej w organizmie nazywa się metabolizmem energetycznym: służy jako wskaźnik ogólnego stanu i aktywności fizjologicznej organizmu.

Procesy wymiany (lub metabolizmu), podczas których syntetyzowane są określone elementy organizmu z wchłoniętej żywności, nazywane są anabolizmem; odpowiednio te procesy metaboliczne, podczas których elementy konstrukcyjne W organizmie lub wchłoniętych produktach spożywczych następuje rozkład, zwany katabolizmem.

Żywy organizm wytwarza ciepło, które wykorzystuje się do ogrzania ciała. Ciepło właściwe organizmu człowieka (ilość ciepła potrzebna do ogrzania tkanki o 1°C) wynosi średnio 0,83 kcal/kg na 1 stopień (dla wody - 1 kcal/kg na stopień). Aby podnieść temperaturę ciała osoby ważącej 70 kg o 1°, należy wydać 58,1 kcal (0,83·70). Osoba ważąca 70 kg w spoczynku wydala około 72 kcal/godz. W konsekwencji, gdyby nie było drugiego procesu – wymiany ciepła, tkanki ludzkie nagrzewałyby się o 1,24° (72:58,1) na godzinę. Tak się jednak nie dzieje, ponieważ normalnie w warunkach spoczynku tempo wytwarzania ciepła jest równe szybkości jego utraty. Nazywa się to bilansem cieplnym i opiera się na procesach regulacji wytwarzania i wymiany ciepła. Całość nazywa się termoregulacją.

POIKILOTERMIA, HETEROTERMIA, HOMETERMIA

W ewolucji układu termoregulacji występuje niższy etap, w którym temperatura ciała zwierzęcia zależy głównie od temperatury otoczenia: gdy ona spada, spada również temperatura ciała i odwrotnie. Ten stan temperatury ciała nazywa się poikilotermią, a zwierzęta nazywa się poikilotermią. Typowym przedstawicielem poikiloterm jest żaba. Zimą temperatura ciała żaby zbliża się do zera. W tym stanie nadal jest w stanie wykonywać długie skoki, ale nie więcej niż 12-15 cm, latem temperatura jej ciała osiąga 20-25 ° C i może skakać znacznie dalej - do 1 m. Zwykle w w warunkach niskich temperatur zwierzęta poikilotermiczne wchodzą w stan zawieszenia ożywienia. Istnieją mikroorganizmy, dla których optymalna temperatura otoczenia waha się od 0°C do minus 60°C, na przykład drobnoustroje żyjące w lodzie, lub odwrotnie mikroorganizmy, które są w stanie wytrzymać temperatury otoczenia od +70°C do + 120°C, np. na przykład mikroby z gorących źródeł.

Mechanizmy wytwarzania i wymiany ciepła.

A – rola narządów w wytwarzaniu ciepła

B – rola narządów w przekazywaniu ciepła

Szereg zwierząt, na przykład nietoperze, gryzonie, niektóre gatunki ptaków, na przykład kolibry, należy do grupy organizmów heterotermicznych: w pewnych warunkach są to organizmy poikilotermiczne, w innych – homeotermiczne.

Ssaki to organizmy homeotermiczne (stałocieplne), u których występuje izotermia, czyli stałość temperatury ciała. Izotermia jest jednak względna: temperatura tkanek znajdujących się nie głębiej niż 3 cm od powierzchni ciała (skóra, tkanka podskórna, mięśnie powierzchniowe) lub skorupy w dużej mierze zależy od temperatury zewnętrznej, natomiast rdzeń ciała, tj. centralny układ nerwowy, narządy wewnętrzne, mięśnie szkieletowe położone głębiej niż 3 cm mają w miarę stałą temperaturę, niezależnie od temperatury otoczenia. Zatem zwierzęta stałocieplne mają poikilotermiczną skorupę i homeotermiczny „rdzeń” lub „rdzeń”.

Organy wytwarzania ciepła i kontrola wytwarzania ciepła.

K – kora, Kzh – skóra, CGt – ośrodki podwzgórza, Sdc – ośrodek naczynioruchowy, Pm – rdzeń przedłużony, Sm – rdzeń kręgowy, Gf – przysadka mózgowa, TG – hormon tyreotropowy, Vhs – gruczoły dokrewne, Gm – hormony , M - mięsień, Pch – wątroba, Ptr – przewód pokarmowy, a, b – przepływ impulsów różnicowych.

U ludzi średnia temperatura mózgu, krwi i narządów wewnętrznych sięga 37°C. Fizjologiczna granica wahań tej temperatury wynosi 1,5°. Zmiana temperatury krwi i narządów wewnętrznych człowieka o 2-2,5°C w stosunku do średniego poziomu wiąże się z naruszeniem funkcji fizjologicznych, a temperatura ciała powyżej 43°C jest praktycznie nie do pogodzenia z życiem człowieka.

ZASADY REGULACJI TEMPERATURY CIAŁA,

BILANS CIEPŁA

Temperatura rdzenia (korpusu) jest określana przez dwa przepływy - wytwarzanie ciepła (wytwarzanie ciepła) i przenoszenie ciepła (uwalnianie ciepła). W strefie termoneutralnej, czyli komfortowej (27-32°C), występuje równowaga pomiędzy wytwarzaniem ciepła a jego przenoszeniem. Przykładowo w warunkach fizjologicznego odpoczynku organizm wytwarza około 1,18 kcal/min (czyli około 70 kcal na godzinę) i taką samą ilość ciepła oddaje do otoczenia. W niskich temperaturach otoczenia, pomimo mechanizmu zabezpieczającego, zwiększa się utrata ciepła przez organizm. W tych warunkach, aby utrzymać temperaturę ciała, organizm musi w równym stopniu zwiększyć produkcję ciepła. W ten sposób powstaje nowy poziom bilansu cieplnego. Przykładowo przy temperaturze powietrza 10°C przenikanie ciepła osiąga 120 kcal/h (w warunkach komfortowych - 70 kcal/h), zatem aby utrzymać temperaturę ciała na stałym poziomie, produkcja ciepła musi także wzrosnąć do 120 kcal/h. godzina.

W wysokich temperaturach otoczenia, na przykład 40°C, przenikanie ciepła jest znacznie zmniejszone, na przykład do 40 kcal/godzinę (zamiast 70 kcal/godzinę w komfortowym środowisku). Aby utrzymać stałą temperaturę ciała, produkcja ciepła musi również spaść do około 40 kcal/godzinę. Ustala się nowy poziom równowagi cieplnej, który zapewnia utrzymanie temperatury ciała.

Zatem wiodącym czynnikiem determinującym poziom bilansu cieplnego jest temperatura otoczenia.

Biorąc pod uwagę, że produkcja ciepła różni się w zależności od rodzaju aktywności fizycznej człowieka, a wielkość wymiany ciepła w dużej mierze zależy od temperatury otoczenia, konieczne są mechanizmy regulacji produkcji i wymiany ciepła. Odbywają się przy udziale wyspecjalizowanych struktur mózgu zjednoczonych w ośrodku termoregulacji. Zasada regulacji polega na tym, że urządzenie sterujące (ośrodek termoregulacji) otrzymuje informacje z termoreceptorów. Na podstawie tych informacji generuje polecenia, dzięki którym zmienia się aktywność obiektów sterujących (struktur roboczych określających intensywność wytwarzania i przekazywania ciepła) tak, że powstaje nowy poziom bilansu cieplnego, w wyniku którego utrzymuje się temperatura ciała na stałym poziomie. System termoregulacji może działać w trybie śledzenia lub na zasadzie niedopasowania - zmieniła się temperatura krwi, zmienia się aktywność obiektów kontrolnych. Jednakże system termoregulacji zapewnia również łagodniejszy sposób utrzymania stałej temperatury ciała, który opiera się na zasadzie regulacji przez zaburzenie: wykrywana jest zmiana temperatury otoczenia i bez czekania, aż znajdzie to odzwierciedlenie we krwi temperatury, w systemie pojawiają się polecenia zmieniające działanie obiektów sterujących w taki sposób, aby temperatura krwi pozostawała stała. Ponadto układ termoregulacji może pracować także w trybie kontroli predykcyjnej, czyli kontroli wczesnej (tzw odruchy warunkowe): osoba właśnie ma wyjść na zimową ulicę, ale jego produkcja ciepła już wzrasta, co jest niezbędne, aby zrekompensować utratę ciepła, jakiej dana osoba doświadczy na zewnątrz w warunkach niskiej temperatury. We wszystkich przypadkach, w celu optymalnej regulacji intensywności wytwarzania i wymiany ciepła, wymagana jest informacja o temperaturze ciała (rdzeń i skorupa). Do centralnego układu nerwowego przekazywana jest z termoreceptorów.

FIZJOLOGIA TERMORECEPTORÓW

Termoreceptory zlokalizowane są w różnych obszarach skóry, w narządach wewnętrznych (żołądek, jelita, macica, pęcherz moczowy), w drogach oddechowych, błonach śluzowych, rogówce, mięśniach szkieletowych, naczyniach krwionośnych, w tym tętnicach, strefach aorty i tętnicy szyjnej, w wielu dużych żyły, a także w korze mózgowej, rdzeniu kręgowym, tworzeniu siatkowym, śródmózgowiu, podwzgórzu.

Termoreceptory ośrodkowego układu nerwowego to najprawdopodobniej neurony, które jednocześnie pełnią funkcję receptorów i pełnią rolę neuronu doprowadzającego.

Najpełniej zbadano termoreceptory skóry. Najwięcej termoreceptorów znajduje się na skórze głowy (twarzy) i szyi. Średnio na 1 mm2 powierzchni skóry przypada 1 termoreceptor. Termoreceptory skóry dzielą się na zimno i ciepło. Z kolei zimne dzielimy na zimne rzeczywiste (specyficzne), które reagują jedynie na zmiany temperatury, oraz zimne dotykowo-zimne, czyli niespecyficzne, które mogą jednocześnie reagować zarówno na zmiany temperatury, jak i ciśnienia.

Receptory zimna znajdują się na głębokości 0,17 mm od powierzchni skóry. W sumie jest ich około 250 tysięcy. Reagują na zmiany temperatury krótkim okresem utajenia. W tym przypadku częstotliwość potencjału czynnościowego zależy liniowo od temperatury w zakresie od 41° do 10°C: im niższa temperatura, tym wyższa częstotliwość impulsów. Optymalna czułość mieści się w zakresie od 15° do 30°C, a według niektórych danych nawet do 34°C.

Receptory termiczne leżą głębiej – w odległości 0,3 mm od powierzchni skóry. W sumie jest ich około 30 tysięcy. Reagują na zmiany temperatury liniowo w zakresie od 20° do 50°C: im wyższa temperatura, tym większa częstotliwość generowania potencjału czynnościowego. Optymalna czułość mieści się w zakresie 34-43°C.

Wśród receptorów zimna i ciepła wyróżnia się populacje receptorów różniących się wrażliwością: niektóre reagują na zmianę temperatury o 0,1°C (receptory bardzo wrażliwe), inne - na zmianę temperatury o 1°C (receptory o średniej wrażliwości) i inne - na zmianę o 10°C (receptory wysokoprogowe lub niskoczułe).

Informacje z receptorów skóry docierają do ośrodkowego układu nerwowego poprzez włókna doprowadzające grupy A-delta i poprzez włókna grupy C, docierają do ośrodkowego układu nerwowego z różną szybkością. Najprawdopodobniej impulsy z receptorów zimna przemieszczają się wzdłuż włókien A-delta.

Impuls z receptorów skóry trafia do rdzenia kręgowego, gdzie zlokalizowane są drugie neurony, dając początek szlakowi rdzeniowo-wzgórzowemu, który kończy się w jądrach brzuszno-podstawnych wzgórza, skąd część informacji przedostaje się do strefy sensomotorycznej kory mózgowej, a niektóre - do podwzgórzowych ośrodków termoregulacji.

Wyższe partie ośrodkowego układu nerwowego (kora i układ limbiczny) zapewniają powstawanie wrażeń cieplnych (ciepło, zimno, komfort cieplny, dyskomfort termiczny). Poczucie komfortu opiera się na przepływie impulsów z termoreceptorów powłoki (głównie skóry). Można więc organizm „oszukać” – jeśli w warunkach wysokiej temperatury schłodzimy ciało chłodną wodą, jak to ma miejsce podczas kąpieli w upale latem, powstaje poczucie komfortu cieplnego.

CENTRA TERMOREGULACJI

Termoregulacja odbywa się głównie przy udziale ośrodkowego układu nerwowego, chociaż możliwe są również pewne procesy termoregulacji bez ośrodkowego układu nerwowego. Wiadomo zatem, że naczynia krwionośne skóry mogą same reagować na zimno: ze względu na termowrażliwość komórek mięśni gładkich na zimno następuje rozluźnienie mięśni gładkich, dlatego na zimno najpierw pojawia się skurcz odruchowy, któremu towarzyszy poprzez bolesne uczucie, a następnie naczynie rozszerza się w wyniku bezpośredniego narażenia na zimno komórek mięśni gładkich. Zatem połączenie dwóch mechanizmów regulacyjnych umożliwia z jednej strony zachowanie ciepła, a z drugiej zapobieganie głodowi tlenu w tkankach.

Ośrodki termoregulacji to: w szerokim znaczeniu zespół neuronów biorących udział w termoregulacji. Występują w różnych obszarach ośrodkowego układu nerwowego, w tym w korze mózgowej, układzie limbicznym (kompleks ciała migdałowatego, hipokamp), wzgórzu, podwzgórzu, śródmózgowiu, rdzeniu i rdzeniu kręgowym. Każda część mózgu wykonuje swoje własne zadania. W szczególności kora, układ limbiczny i wzgórze zapewniają kontrolę nad aktywnością ośrodków podwzgórza i struktur kręgosłupa, kształtując odpowiednie zachowanie człowieka w różnych warunkach temperaturowych otoczenia (postawa pracy, ubiór, dowolna aktywność fizyczna) i doznania ciepła, zimna lub komfortu. Za pomocą kory mózgowej przeprowadzana jest zaawansowana (wczesna) termoregulacja - powstają odruchy warunkowe. Przykładowo, osoba planująca wyjście zimą na dwór zwiększa z wyprzedzeniem produkcję ciepła.

W termoregulacji biorą udział współczulny i somatyczny układ nerwowy. Układ współczulny reguluje procesy wytwarzania ciepła (glikogenoliza, lipoliza), procesy wymiany ciepła (pocenie się, przekazywanie ciepła przez promieniowanie cieplne, przewodzenie ciepła i konwekcję - na skutek zmiany napięcia naczyń skórnych). Układ somatyczny reguluje napięcie toniczne, dobrowolną i mimowolną aktywność fazową mięśni szkieletowych, czyli procesy termogenezy skurczowej.

Podwzgórze odgrywa główną rolę w termoregulacji. Rozróżnia skupiska neuronów regulujące przenoszenie ciepła (centrum wymiany ciepła) i wytwarzanie ciepła.

Istnienie takich ośrodków w podwzgórzu po raz pierwszy odkrył C. Bernard. Wytwarzał „zastrzyk termiczny” (mechanicznie podrażniał podwzgórze zwierzęcia), po czym temperatura ciała wzrastała.

Zwierzęta z uszkodzonymi jądrami obszaru przedwzrokowego podwzgórza nie tolerują wysokich temperatur otoczenia. Podrażnienie wstrząs elektryczny Struktury te prowadzą do rozszerzenia naczyń skórnych, pocenia się i pojawienia się duszności termicznej. To nagromadzenie jąder (głównie przykomorowych, nadwzrokowych i nadskrzyżowaniowych) nazywane jest „ośrodkiem wymiany ciepła”.

Kiedy neurony w tylnej części podwzgórza ulegają zniszczeniu, zwierzę źle toleruje zimno. Elektryczna stymulacja tego obszaru powoduje wzrost temperatury ciała, drżenie mięśni, wzrost lipolizy i glikogenolizy. Uważa się, że neurony te skupiają się głównie w obszarze jąder brzuszno-przyśrodkowych i grzbietowo-przyśrodkowych podwzgórza. Akumulacja tych jąder nazywana jest „centrum produkcji ciepła”.

Zniszczenie ośrodków termoregulacji przekształca organizm homeotermiczny w poikilotermiczny.

Według K.P. Iwanowa (1983, 1984) w ośrodkach wytwarzania i przekazywania ciepła znajdują się neurony czuciowe, integrujące i odprowadzające. Neurony czuciowe odbierają informacje z termoreceptorów znajdujących się na obwodzie, a także bezpośrednio z krwi obmywającej neurony. K. P. Iwanow dzieli neurony czuciowe na dwa typy: 1) odbierające informacje z obwodowych termoreceptorów i 2) odbierające temperaturę krwi. Informacje z neuronów czuciowych docierają do neuronów integrujących, gdzie sumują się wszystkie informacje o stanie temperatury rdzenia i powłoki ciała, czyli neurony te „obliczają” średnią temperaturę ciała. Następnie informacja wysyłana jest do neuronów dowodzenia, w których aktualna wartość średniej temperatury ciała jest porównywana z zadanym poziomem. Kwestia neuronów ustalających ten poziom pozostaje otwarta. Ale prawdopodobnie istnieją takie neurony i mogą być zlokalizowane w korze mózgowej, układzie limbicznym lub, co bardziej prawdopodobne, w podwzgórzu. Jeśli więc w wyniku porównania ujawni się odchylenie od danego poziomu, wówczas wzbudzone zostaną neurony eferentne: w centrum wymiany ciepła są to neurony regulujące pocenie się, napięcie naczyń skórnych, objętość krążącej krwi , a w centrum wytwarzania ciepła są to neurony regulujące proces wytwarzania ciepła. Nie jest jasne, czy każdy ośrodek (wymiana i produkcja ciepła) zajmuje się „obliczeniami” i samodzielnie podejmuje decyzje, czy też istnieje jakiś inny, odrębny ośrodek, w którym ten proces zachodzi.

Centra wymiany ciepła. Kiedy neurony odprowadzające ośrodka wymiany ciepła zostaną pobudzone, napięcie naczyń skórnych może się zmniejszyć. Odbywa się to poprzez wpływ neuronów odprowadzających ośrodka wymiany ciepła („naczyń skórnych”) na ośrodek naczynioruchowy, co z kolei wpływa na aktywność neuronów współczulnych rdzenia kręgowego, które wysyłają strumień impulsów do mięśni gładkich rdzenia kręgowego. naczynia skórne. W rezultacie, gdy neurony podwzgórza „naczyń skórnych” są pobudzone, napięcie naczyń skórnych zmniejsza się, zwiększa się przepływ krwi w skórze i zwiększa się transfer ciepła w wyniku promieniowania cieplnego, przewodzenia ciepła i konwekcji. Zwiększony przepływ krwi w skórze sprzyja również poceniu się (utracie ciepła w wyniku parowania). Jeżeli zmiana przepływu krwi w skórze nie jest wystarczająca do przekazania ciepła, następuje pobudzenie neuronów, co prowadzi do uwolnienia krwi ze zbiorników krwi, a tym samym do zwiększenia objętości wymiany ciepła. Jeśli ten mechanizm nie przyczynia się do normalizacji temperatury, wówczas pobudzane są neurony odprowadzające ośrodka wymiany ciepła, które pobudzają neurony współczulne, które aktywują gruczoły potowe; te neurony podwzgórza można warunkowo nazwać „neuronami regulującymi pot” lub neuronami regulujące pocenie się. Neurony współczulne, które aktywują pocenie, znajdują się w kolumnach bocznych rdzeń kręgowy(Th 2 -L 2), a neurony pozazwojowe są zlokalizowane w zwojach współczulnych. Włókna pozazwojowe prowadzące do gruczołów potowych mają charakter cholinergiczny, ich mediatorem jest acetylocholina, która wzmaga aktywność gruczołu potowego poprzez oddziaływanie z jego receptorami M-cholinergicznymi (bloker – atropina).

Centra produkcji ciepła. Neurony odprowadzające ośrodka wytwarzania ciepła można również podzielić na kilka typów, z których każdy aktywuje odpowiedni mechanizm wytwarzania ciepła.

a) Niektóre neurony po wzbudzeniu aktywują układ współczulny, w wyniku czego wzrasta intensywność procesów wytwarzania energii (lipoliza, glikogenoliza, glikoliza, fosforylacja oksydacyjna). W szczególności nerwy współczulne, poprzez oddziaływanie ich mediatora (noradrenaliny) z receptorami beta-adrenergicznymi, aktywują procesy glikogenolizy i glikolizy w wątrobie oraz procesy lipolizy w brunatnej tkance tłuszczowej.

Jednocześnie, gdy pobudzony jest współczulny układ nerwowy, zwiększa się wydzielanie hormonów rdzenia nadnerczy – adrenaliny i noradrenaliny, które zwiększają wytwarzanie ciepła w wątrobie, mięśniach szkieletowych, brunatnej tkance tłuszczowej, aktywując glikogenolizę, glikolizę i lipolizę.

b) W podwzgórzu znajdują się neurony odprowadzające, które wpływają na przysadkę mózgową, a przez nią - tarczycę: wzrasta produkcja hormonów zawierających jod (T 3 i T 4), co być może z powodu rozłączenia procesów fosforylacji oksydacyjnej, zwiększają przepływ ciepła pierwotnego, tj. pod ich wpływem zmniejsza się akumulacja energii w ATP, a większość energii jest rozpraszana w postaci ciepła.

c) W podwzgórzowym ośrodku wytwarzania ciepła znajduje się również populacja neuronów eferentnych, których pobudzenie prowadzi do pojawienia się napięcia termoregulacyjnego (jednocześnie wzrasta napięcie w mięśniach szkieletowych, dzięki czemu wzrasta produkcja ciepła o około 40-60%) lub występują fazowe skurcze poszczególnych mięśni
włókna, które nazywane są „drżeniem”. We wszystkich tych przypadkach polecenie z neuronów odprowadzających podwzgórza jest ostatecznie przekazywane do neuronów ruchowych alfa. Centralny przewód drżenia jest drogą odprowadzającą, która biegnie od podwzgórza do neuronów ruchowych alfa przez formacje pośrednie, w szczególności przez nakrywkę śródmózgowia (droga tekto-rdzeniowa) i przez jądro czerwone (droga rubrospinalna). Szczegóły tej ścieżki są nadal niejasne.

MECHANIZMY PRODUKCJI CIEPŁA

Źródłem ciepła w organizmie są egzotermiczne reakcje utleniania białek, tłuszczów, węglowodanów, a także hydroliza ATP. Podczas hydrolizy składniki odżywcze część uwolnionej energii jest akumulowana w ATP, a część jest rozpraszana w postaci ciepła (ciepło pierwotne). Przy wykorzystaniu energii zgromadzonej w AHF, część energii wykorzystywana jest do wykonania użytecznej pracy, a część jest rozpraszana w postaci ciepła (ciepła wtórnego). Zatem dwa strumienie ciepła – pierwotny i wtórny – stanowią produkcję ciepła. Kiedy temperatura otoczenia jest wysoka lub człowiek ma kontakt z gorącym ciałem, ciało to może otrzymać część ciepła z zewnątrz (ciepło egzogenne).

W przypadku konieczności zwiększenia produkcji ciepła (np. w warunkach niskiej temperatury otoczenia) oprócz możliwości odbioru ciepła z zewnątrz, w organizmie działają mechanizmy zwiększające produkcję ciepła.

Klasyfikacja mechanizmów wytwarzania ciepła:

1. Termogeneza kurczliwa – wytwarzanie ciepła w wyniku skurczu mięśni szkieletowych:

a) dobrowolna aktywność aparatu ruchowego;

b) ton termoregulacyjny;

c) zimne drżenie mięśni lub mimowolna rytmiczna aktywność mięśni szkieletowych.

2. Termogeneza nieskurczowa, czyli termogeneza bez dreszczy (wytwarzanie ciepła w wyniku aktywacji glikolizy, glikogenolizy i lipolizy):

a) w mięśniach szkieletowych (w wyniku rozprzęgnięcia fosforylacji oksydacyjnej);

b) w wątrobie;

c) w brunatnym tłuszczu;

d) ze względu na specyficzne dynamiczne działanie żywności.

Termogeneza skurczowa

Zwiększa się wraz ze skurczem mięśni Hydroliza ATP, a co za tym idzie, zwiększa się przepływ ciepła wtórnego wykorzystywanego do ogrzania ciała. Dobrowolna aktywność mięśni zachodzi głównie pod wpływem kory mózgowej. Doświadczenie ludzkie pokazuje, że w warunkach niskiej temperatury otoczenia niezbędny jest ruch. W związku z tym realizowane są odruchy warunkowe i zwiększa się dobrowolna aktywność ruchowa. Im jest ona wyższa, tym większa jest produkcja ciepła. Można go zwiększyć 3-5 razy w porównaniu do wartości podstawowej przemiany materii. Zwykle, gdy temperatura otoczenia i temperatura krwi spadają, pierwszą reakcją jest wzrost napięcia termoregulacyjnego. Po raz pierwszy zidentyfikowano go w 1937 r. u zwierząt, a w 1952 r. u ludzi. Za pomocą metody elektromiografii wykazano, że wraz ze wzrostem napięcia mięśniowego spowodowanym hipotermią wzrasta aktywność elektryczna mięśni. Z punktu widzenia mechaniki skurczu tonem hermoregulacyjnym jest mikrowibracja. Średnio, gdy się pojawi, produkcja ciepła wzrasta o 20-45% poziomu początkowego. W przypadku bardziej znaczącej hipotermii ton termoregulacyjny zamienia się w zimne drżenie mięśni. Ton termoregulacyjny jest bardziej ekonomiczny niż drżenie mięśni. Zwykle w jego tworzenie zaangażowane są mięśnie głowy i szyi.

Dreszcze, czyli zimne drżenie mięśni, to mimowolna rytmiczna aktywność powierzchownie położonych mięśni, w wyniku której wytwarzanie ciepła wzrasta 2-3 razy w porównaniu do poziomu początkowego. Zwykle drżenie pojawia się najpierw w mięśniach głowy i szyi, następnie w tułowiu, a na końcu w kończynach. Uważa się, że efektywność wytwarzania ciepła podczas dreszczy jest 2,5 razy większa niż podczas aktywności dobrowolnej.

Sygnały z neuronów podwzgórza wędrują „centralną ścieżką drżenia” (pokrywą i jądrem czerwonym) do neuronów ruchowych alfa rdzenia kręgowego, skąd sygnały wędrują do odpowiednich mięśni, powodując ich aktywność. Substancje podobne do kurary (leki zwiotczające mięśnie) blokują rozwój napięcia termoregulacyjnego i zimnych dreszczy poprzez blokowanie receptorów H-cholinergicznych. Służy to do wywołania sztucznej hipotermii, a także jest brane pod uwagę podczas wykonywania zabiegów chirurgicznych, w których stosuje się środki zwiotczające mięśnie.

Termogeneza niekurczliwa

Odbywa się to poprzez zwiększenie procesów utleniania i zmniejszenie efektywności sprzęgania fosforylacji oksydacyjnej. Głównymi miejscami wytwarzania ciepła są mięśnie szkieletowe, wątroba i brązowy tłuszcz. Dzięki tego typu termogenezie produkcja ciepła może wzrosnąć 3-krotnie.

W mięśniach szkieletowych wzrost termogenezy niekurczliwej wiąże się ze zmniejszeniem efektywności fosforylacji oksydacyjnej na skutek rozłączenia utleniania i fosforylacji, w wątrobie – głównie poprzez aktywację glikogenolizy i późniejsze utlenianie glukozy. Brązowy tłuszcz zwiększa produkcję ciepła w wyniku lipolizy (pod wpływem wpływów współczulnych i adrenaliny). Brązowy tłuszcz znajduje się w okolicy potylicznej, pomiędzy łopatkami, w śródpiersiu wzdłuż dużych naczyń, pod pachami. W warunkach spoczynkowych około 10% ciepła wytwarza się w tłuszczu brunatnym. Po schłodzeniu rola brązowego tłuszczu gwałtownie wzrasta. Podczas adaptacji do zimna (wśród mieszkańców stref arktycznych) wzrasta masa brunatnego tłuszczu i jego udział w całkowitej produkcji ciepła.

Regulacja procesów termogenezy nieskurczowej odbywa się poprzez aktywację układu współczulnego i produkcję hormonów tarczycy (rozprzęgają fosforylację oksydacyjną) i rdzenia nadnerczy.

MECHANIZMY PRZENOSZENIA CIEPŁA

Większość ciepła wytwarzana jest w narządach wewnętrznych. Dlatego wewnętrzny przepływ ciepła musi zbliżać się do skóry, aby zostać usunięty z ciała. Przekazywanie ciepła z narządów wewnętrznych odbywa się na drodze przewodzenia ciepła (w ten sposób przekazywane jest mniej niż 50% ciepła) oraz konwekcji, czyli wymiany ciepła i masy. Krew ze względu na dużą pojemność cieplną jest dobrym przewodnikiem ciepła.

Drugi przepływ ciepła to przepływ kierowany ze skóry do otoczenia. Nazywa się to przepływem zewnętrznym. Rozważając mechanizmy wymiany ciepła, zwykle mamy na myśli przepływ.

Ciepło przekazywane jest do otoczenia za pomocą 4 głównych mechanizmów:

1) parowanie;

2) przewodzenie ciepła;

3) promieniowanie cieplne;

4) konwekcja.

Mechanizmy wymiany ciepła i kontrola uwalniania ciepła.

K – kora, Kzh – skóra, CGt – ośrodki podwzgórza, Sdc – ośrodek naczynioruchowy, PM – rdzeń przedłużony, Sm – rdzeń kręgowy, Gf – przysadka mózgowa, TG – hormon tyreotropowy, Gvs – gruczoły dokrewne, Gm – hormony , Ptr – przewód pokarmowy, Ks – naczynia krwionośne, L – płuca, a, b – przepływ impulsów doprowadzających.

Udział każdego mechanizmu w przenoszeniu ciepła zależy od stanu środowiska i szybkości wytwarzania ciepła w organizmie. W warunkach komfortu cieplnego większość ciepła jest uwalniana w wyniku przewodzenia ciepła, promieniowania cieplnego i konwekcji, a tylko 19-20% poprzez parowanie. W wysokich temperaturach otoczenia aż do 75-90% ciepła jest oddawane w wyniku parowania.

Przewodnictwo cieplne- Jest to sposób przekazywania ciepła do ciała, które ma bezpośredni kontakt z ciałem człowieka. Im niższa temperatura tego ciała, tym większy gradient temperatury, tym większa szybkość utraty ciepła w wyniku tego mechanizmu. Zazwyczaj ta metoda przekazywania ciepła ogranicza się do odzieży i warstwy powietrza, które są dobrymi izolatorami ciepła, a także podskórnej warstwy tłuszczu. Im grubsza jest ta warstwa, tym mniejsze jest prawdopodobieństwo przekazania ciepła do zimnego ciała.

Promieniowanie cieplne- przenikanie ciepła z obszarów skóry nieosłoniętych ubraniem. Zachodzi ono poprzez długofalowe promieniowanie podczerwone, dlatego ten rodzaj przenoszenia ciepła nazywany jest także promieniowaniem cieplnym. W warunkach komfortu termicznego dzięki temu mechanizmowi uwalniane jest do 60% ciepła. Skuteczność promieniowania cieplnego zależy od gradientu temperatury (im jest on wyższy, tym więcej ciepła jest wydzielane), od obszaru, z którego dochodzi do promieniowania, od liczby obiektów w otoczeniu pochłaniających promienie podczerwone.

Konwekcja. Powietrze mające kontakt ze skórą nagrzewa się i unosi, jego miejsce zajmuje „zimna” porcja powietrza itp. W ten sposób na skutek wymiany ciepła i masy w warunkach komfort termiczny.

We wszystkich tych mechanizmach ważną rolę odgrywa skórny przepływ krwi: gdy jego intensywność wzrasta w wyniku zmniejszenia napięcia komórek mięśni gładkich tętniczek i zamknięcia zastawek tętniczo-żylnych, przenikanie ciepła znacznie wzrasta. Sprzyja temu również wzrost objętości krążącej krwi: im większa jest jej wartość, tym większa jest możliwość przenikania ciepła do otoczenia. Na zimno zachodzą odwrotne procesy - zmniejsza się przepływ krwi w skórze, m.in. w wyniku bezpośredniego przeniesienia krwi tętniczej z tętnic do żył, omijając naczynia włosowate, zmniejsza się objętość krążącej krwi, zmienia się także reakcja behawioralna: osoba lub zwierzę instynktownie przyjmuje pozycja „zwijająca się”, ponieważ W tym przypadku obszar wymiany ciepła zmniejsza się o 35%, u zwierząt towarzyszy temu również reakcja - „gęsia skórka” - wzrost włosów na skórze (piloerekcja), co zwiększa komórkowość skóry i zmniejsza możliwość przenikania ciepła.

Dłonie stanowią niewielką część powierzchni ciała – zaledwie 6%, ale ich skóra przekazuje do 60% ciepła wykorzystując mechanizm suchego przekazywania ciepła (promieniowanie cieplne, konwekcja).

Odparowanie. Przenikanie ciepła następuje w wyniku wydatku energii (0,58 kcal na 1 ml wody) na odparowanie wody. Istnieją dwa rodzaje parowania, czyli pocenia się: pocenie nieczułe i pocenie jawne.

a) pot niezauważalny to odparowywanie wody z błon śluzowych dróg oddechowych oraz wody przenikającej przez nabłonek skóry (płyn tkankowy). W ciągu doby przez drogi oddechowe odparowuje normalnie do 400 ml wody, czyli 400x0,58 kcal = 232 kcal/dobę. W razie potrzeby wartość tę można zwiększyć z powodu tzw. duszności termicznej, która jest spowodowana wpływem neuronów ośrodka wymiany ciepła na neurony oddechowe pnia mózgu.

Średnio dziennie przez naskórek przenika około 240 ml wody. Dlatego podaje się 240 0,58 kcal = 139 kcal/dzień. Wartość ta nie zależy od procesów regulacyjnych i różne czynnikiśrodowisko.

Obydwa rodzaje pocenia się nieodczuwalnego pozwalają na dostarczenie (400 + 240) 0,58 = 371 kcal dziennie.

b) odczuwalne pocenie się (utrata ciepła przez parowanie potu) W komfortowej temperaturze otoczenia wydziela się średnio 400-500 ml potu dziennie, a zatem uwalnia się do 300 kcal. Jeśli jednak zajdzie taka potrzeba, objętość pocenia się może wzrosnąć do 12 l/dobę, co oznacza, że ​​w wyniku pocenia się można stracić prawie 7000 kcal dziennie. W ciągu godziny gruczoły potowe mogą wyprodukować do 1,5 litra, a według niektórych źródeł nawet do 3 litrów potu.

Skuteczność parowania zależy w dużej mierze od środowiska: im wyższa temperatura i niższa wilgotność powietrza (nasycenie powietrza parą wodną), tym większa jest skuteczność pocenia się jako mechanizmu przenoszenia ciepła. Gdy powietrze jest w 100% nasycone parą wodną, ​​parowanie nie jest możliwe.

Gruczoły potowe składają się z części końcowej, czyli ciała, oraz przewodu potowego, który otwiera się na zewnątrz w postaci porów potowych. Gruczoły potowe ze względu na charakter wydzielania dzielą się na ekrynowe (merokrynowe) i apokrynowe. Gruczoły apokrynowe zlokalizowane są głównie pod pachami, w okolicy łonowej, a także w wargach sromowych, kroczu i otoczce gruczołu sutkowego. Gruczoły apokrynowe wydzielają substancję tłuszczową bogatą w związki organiczne. Dyskusyjna jest kwestia ich unerwienia – niektórzy twierdzą, że jest ono adrenergiczne współczulne, inni uważają, że jest ono całkowicie nieobecne, a produkcja wydzieliny zależy od hormonów rdzenia nadnerczy (adrenaliny i noradrenaliny).

Zmodyfikowane gruczoły apokrynowe to gruczoły rzęskowe zlokalizowane na powiekach w pobliżu rzęs, a także gruczoły wytwarzające woskowinę w zewnętrznym kanale słuchowym oraz gruczoły nosa (gruczoły przedsionkowe). Gruczoły apokrynowe nie biorą jednak udziału w parowaniu. Gruczoły potowe ekrynowe lub merokrynowe znajdują się w skórze prawie wszystkich obszarów ciała. Jest ich w sumie ponad 2 miliony (choć są osoby, którym ich prawie zupełnie brakuje). Najwięcej gruczołów potowych znajduje się na dłoniach i podeszwach stóp (ponad 400 na 1 cm2) oraz w skórze łonowej (około 300 na 1 cm2). Szybkość pocenia się, a także aktywacja gruczołów potowych jest bardzo zróżnicowana w różnych częściach ciała.

Przez skład chemiczny pot jest roztworem hipotonicznym: zawiera 0,3% chlorku sodu (prawie 0,9% we krwi), mocznik, glukozę, aminokwasy, amon i niewielkie ilości kwasu mlekowego. PH potu waha się od 4,2 do 7, przy średnim pH = 6. Ciężar właściwy wynosi 1,001-1,006. Ponieważ pot jest środowiskiem hipotonicznym, podczas obfitego pocenia traci się więcej wody niż soli i może wystąpić wzrost ciśnienia osmotycznego we krwi. Zatem nadmierne pocenie się jest obarczone zmianami w metabolizmie wody i soli.

Gruczoły potowe unerwione są przez współczulne włókna cholinergiczne – na ich zakończeniach uwalniana jest acetylocholina, która oddziałuje z receptorami M-cholinergicznymi, zwiększając produkcję potu. Neurony przedzwojowe znajdują się w bocznych kolumnach rdzenia kręgowego na poziomie Th 2 -L 2, a neurony pozazwojowe znajdują się w pniu współczulnym.

Jeśli konieczne jest zwiększenie wymiany ciepła poprzez pocenie, aktywowane są neurony kory mózgowej, układu limbicznego i głównie podwzgórza. Z neuronów podwzgórza sygnały trafiają do neuronów rdzenia kręgowego i stopniowo obejmują w proces pocenia różne obszary skóry: najpierw twarz, czoło, szyję, następnie tułów i kończyny.

Istnieje wiele sposobów aktywnego wpływania na proces pocenia się. Na przykład wiele leków przeciwgorączkowych, czyli przeciwgorączkowych: aspiryna i inne salicylany, wzmagają pocenie się i tym samym obniżają temperaturę ciała (zwiększone przekazywanie ciepła następuje poprzez parowanie). Napotne działanie mają także kwiatostany lipy, maliny i liście podbiału.

METABOLIZM

Metabolizm to proces metabolizmu substancji dostających się do organizmu, w wyniku którego z tych substancji mogą powstać bardziej złożone lub odwrotnie prostsze substancje.

Organizm ludzki, podobnie jak organizmy innych przedstawicieli świata zwierząt i roślin, jest otwartym układem termodynamicznym. Stale otrzymuje przypływ darmowej energii. Jednocześnie oddaje do otoczenia energię, w większości zdewaluowaną (związaną). Dzięki tym dwóm przepływom entropia żywego organizmu (stopień nieuporządkowania, chaosu, degradacji) utrzymuje się na stałym (minimalnym) poziomie. Kiedy z jakiegoś powodu przepływ energii swobodnej (negentropia) maleje (lub zwiększa się tworzenie energii związanej), wówczas wzrasta całkowita entropia organizmu, co może prowadzić do jego termodynamicznej śmierci.

Zgodnie z termodynamiką układów żywych życie jest walką z entropią, walką pomiędzy porządkiem układu a degradacją. Zgodnie ze znanym równaniem Prigogine'a minimalny wzrost entropii występuje, gdy prędkość przepływu negentropii jest równa prędkości przepływu entropii do ośrodka.

Darmowa energia dla organizmu może pochodzić wyłącznie z pożywienia. Gromadzi się w złożonych wiązaniach chemicznych białek, tłuszczów i węglowodanów. Aby uwolnić tę energię, składniki odżywcze ulegają najpierw hydrolizie, a następnie utlenianiu w warunkach beztlenowych lub tlenowych.

Podczas procesu hydrolizy zachodzącego w przewodzie pokarmowym uwalniana jest niewielka część energii swobodnej (niecałe 0,5%). Nie może być wykorzystywana na potrzeby bioenergii, gdyż nie jest akumulowana przez makroergy takie jak ATP. Zamienia się ono jedynie w energię cieplną (ciepło pierwotne), która organizm wykorzystuje do utrzymania homeostazy temperaturowej.

Drugim etapem uwalniania energii jest proces utleniania beztlenowego. W szczególności około 5% całkowitej wolnej energii z glukozy uwalnia się w ten sposób podczas utleniania do kwasu mlekowego. Energia ta jest jednak akumulowana przez makroerg ATP i wykorzystywana do wykonywania pożytecznej pracy, na przykład do skurczu mięśni, do obsługi pompy sodowo-potasowej, ale ostatecznie przekształcana jest również w ciepło, które nazywa się ciepłem wtórnym.

Etap 3 to główny etap uwalniania energii – aż 94,5% całej energii, jaka może zostać uwolniona w warunkach organizmu. Proces ten przebiega w cyklu Krebsa: zachodzi w nim utlenianie kwasu pirogronowego (produkt utleniania glukozy) i acetylokoenzymu A (produkt utleniania aminokwasów i kwasów tłuszczowych). W procesie utleniania tlenowego uwalniana jest energia swobodna w wyniku poboru wodoru i przeniesienia jego elektronów i protonów wzdłuż łańcucha enzymów oddechowych do tlenu. W tym przypadku uwalnianie energii nie następuje jednocześnie, ale stopniowo, więc większość tej darmowej energii (około 52-55%) można zakumulować w energię makroergiczną (ATP). Reszta, w wyniku „niedoskonałości” biologicznego utleniania, jest tracona w postaci ciepła pierwotnego. Po wykorzystaniu darmowej energii zmagazynowanej w ATP do wykonania użytecznej pracy, jest ona przekształcana w ciepło wtórne.

W ten sposób cała darmowa energia uwalniana podczas utleniania składników odżywczych jest ostatecznie przekształcana w energię cieplną. Dlatego pomiar ilości energii cieplnej wydzielanej przez organizm jest metodą określenia wydatku energetycznego organizmu.

W wyniku utleniania glukoza, aminokwasy i kwasy tłuszczowe w organizmie przekształcają się w dwutlenek węgla i wodę.

Metabolizm energetyczny organizmu zwierzęcego (metabolizm brutto) składa się z metabolizmu podstawowego i dodatku roboczego do metabolizmu podstawowego. Początkową wartością poziomu procesów metabolicznych jest metabolizm podstawowy. Te standardowe warunki określania podstawowego metabolizmu charakteryzują czynniki, które mogą wpływać na intensywność procesów metabolicznych u człowieka. Na przykład tempo metabolizmu podlega wahaniom dobowym, które wzrasta rano i maleje wieczorem. Intensywność metabolizmu wzrasta także podczas pracy fizycznej i umysłowej. Spożycie składników odżywczych i ich dalsze trawienie ma istotny wpływ na poziom metabolizmu, zwłaszcza jeśli składniki odżywcze mają charakter białkowy. Zjawisko to nazywa się specyficznym dynamicznym działaniem pożywienia.Wzrost intensywności metabolizmu po spożyciu pokarmów białkowych może trwać 12-18 godzin.I wreszcie, jeśli temperatura otoczenia spadnie poniżej temperatury komfortu, wówczas intensywność procesów metabolicznych wzrasta . Przesunięcie w stronę chłodzenia prowadzi do większego wzrostu metabolizmu niż odpowiadające mu przesunięcie w stronę wzrostu temperatury.

Nawet przy pełnym i ścisłym przestrzeganiu standardowych warunków wartość podstawowego metabolizmu u zdrowych ludzi może się różnić. Zmienność tę tłumaczy się różnicami w wieku, płci, wzroście i masie ciała. Z reguły za przybliżoną wartość standardowego (podstawowego) tempa metabolizmu przyjmuje się wartość 4,2 kJ/kg h; dla osoby ważącej 70 kg podstawowa przemiana materii wynosi około 7100 kJ/dzień (1700 kcal/dzień).

ODŻYWIANIE

Odżywianie to proces przyswajania przez organizm substancji niezbędnych do budowy i odnowy tkanek jego organizmu, a także do pokrycia kosztów energii.

Generalnie ewolucja potrzeb pokarmowych organizmów zwierzęcych obejmowała proces ograniczania własnej syntezy szeregu związków przy jednoczesnym wzroście spożycia związki organiczne pewne rodzaje. Doprowadziło to do wyizolowania całej grupy substancji niezbędnych dla zwierząt wyższych i ludzi, czyli niezbędnych w metabolizmie, ale nie syntetyzowanych samodzielnie.

Wykorzystanie produktów spożywczych, składających się głównie ze złożonych związków pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, na potrzeby energetyczne lub plastyczne organizmu jest możliwe dopiero po hydrolizie tych produktów i przekształceniu w stosunkowo proste związki pozbawione swoistości gatunkowej. Potrzeby żywieniowe różne rodzaje Zwierzęta różnią się w zależności od tego, jakie składniki odżywcze organizm jest w stanie syntetyzować, a które muszą pochodzić z zewnątrz. Jednak większość różnic w potrzebach żywieniowych wynika ze sposobu trawienia (hydrolizy) pożywienia. Wynika to z faktu, że u wyższych organizmów zwierzęcych pośrednie procesy metaboliczne przebiegają w podobny sposób.

W metabolizmie (metabolizmie) i energii wyróżnia się dwa procesy: anabolizm i katabolizm. Anabolizm rozumiany jest jako zespół procesów mających na celu budowę struktur organizmu głównie poprzez syntezę kompleksów materia organiczna; w ramach katabolizmu - zespół procesów rozkładu złożonych związków organicznych i względnego wykorzystania powstałych proste substancje w procesach wymiany energii. Anabolizm i katabolizm opierają się odpowiednio na procesach asymilacji i dysymilacji, które w organizmie są ze sobą powiązane i równoważą się w normalnym organizmie.

Ogólnie rzecz biorąc, potrzeby zwierząt są dość jednorodne: do wymiany energii potrzebują składników odżywczych o podobnej strukturze; w substancjach takich jak aminokwasy, puryny i niektóre lipidy do budowy złożonych cząsteczek białek i struktur komórkowych; w specjalnych katalizatorach metabolicznych i stabilizatorach błony komórkowe; w nieorganiczne jony i związki do procesów fizykochemicznych zachodzących w organizmie i wreszcie w uniwersalnym rozpuszczalniku biologicznym – wodzie – w celu stworzenia środowiska dla metabolizmu komórkowego.

Ostatecznie pożywienie organizmów wysoko zorganizowanych obejmuje substancje organiczne, z których zdecydowaną większość stanowią białka, lipidy i węglowodany. Produkty ich hydrolizy – aminokwasy, kwasy tłuszczowe, glicerol i monosacharydy – zużywane są na zaopatrzenie organizmu w energię. W procesach wymiany energii aminokwasy, kwasy tłuszczowe i monosacharydy są ze sobą powiązane w powszechny sposób ich przemiany. Dlatego też substancje spożywcze jako nośniki energii mogą być wymieniane zgodnie z ich wartością energetyczną (reguła izodynamiczna).

Wartość energetyczną (kaloryczną) żywności ocenia się na podstawie ilości energii cieplnej uwolnionej podczas spalania 1 g odżywka(fizjologiczne ciepło spalania), które tradycyjnie wyraża się w kilokaloriach lub zgodnie z SI – w dżulach (1 kcal = 4,187 kJ). Obliczenia wykazały, że wartość energetyczna tłuszczów (38,9 kJ/g; 9,3 kcal/g) jest dwukrotnie większa niż białka i węglowodanów (17,2 kJ/g; 4,1 kcal/g). Białka i węglowodany mają tę samą wartość energetyczną i można je zastąpić w stosunku 1:1 w stosunku wagowym.

Aby utrzymać stacjonarny stan organizmu, całkowite koszty energii muszą zostać pokryte przez dostawę składników odżywczych, które niosą ze sobą równoważny zapas energii w swoich wiązaniach chemicznych. Jeśli ilość napływającej żywności nie wystarcza na pokrycie wydatku energetycznego, wówczas wydatek energetyczny jest kompensowany przez wewnętrzne rezerwy, głównie tłuszcz. Jeżeli masa napływającej żywności w przeliczeniu na nośniki energii przekracza zużycie energii, wówczas następuje proces magazynowania tłuszczu, niezależnie od składu żywności.

Należy jednak zawsze pamiętać, że te trzy źródła energii są jednocześnie tworzywem sztucznym organizmu zwierzęcego. Dlatego niedopuszczalne jest długotrwałe wykluczenie z diety jednego z trzech składników odżywczych i zastąpienie ich energetycznie równoważną ilością innej substancji.

WNIOSEK

Życie wiąże się z ciągłym wydatkowaniem energii, która jest niezbędna do funkcjonowania organizmu. Z punktu widzenia termodynamiki organizmy żywe dzieli się na: systemy otwarte, ponieważ w ramach swojego istnienia stale wymieniają substancje i energię ze środowiskiem zewnętrznym. Źródłem energii dla organizmów żywych są przemiany chemiczne substancji organicznych pochodzących ze środowiska. Przekształcenie tych substancji ze złożonych w proste prowadzi do uwolnienia energii zawartej w wiązaniach chemicznych. Pozyskiwanie energii z wiązania chemiczne odbywa się głównie przy zużyciu tlenu cząsteczkowego (metabolizm tlenowy); Utlenianie w szeregu łańcuchów poprzedzone jest rozszczepieniem beztlenowym (metabolizm beztlenowy).

Głównym akumulatorem energii wykorzystywanym w procesach komórkowych jest trifosforan adenozyny (ATP). Za pomocą energii ATP możliwa jest synteza białka, podział komórek, utrzymanie ich gradientu osmotycznego, skurcz mięśni itp. Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki energia chemiczna ATP, przechodząc przez etapy pośrednie, ostatecznie zamienia się w ciepło, które organizm traci. Zatem intensywność wymiany energetycznej organizmu jest sumą wydatków energetycznych na funkcjonowanie układów komórkowych, energii zakumulowanej i jej utraty w postaci ciepła.

Życie organizmu zależy od zachodzących reakcji chemicznych, podczas których następuje przemiana wszystkich rodzajów energii w ciepło. Szybkość reakcji chemicznych, a co za tym idzie wymiany energii, zależy od temperatury tkanek. Ciepło, jako ostateczna przemiana energii, ma zdolność przemieszczania się z obszaru o wyższej temperaturze do obszaru o niższej temperaturze. Temperaturę tkanek określa stosunek szybkości metabolicznego wytwarzania ciepła przez ich struktury komórkowe do szybkości rozpraszania wytworzonego ciepła do otoczenia. W związku z tym wymiana ciepła pomiędzy organizmem a środowiskiem zewnętrznym jest niezbędnym warunkiem istnienia organizmów zwierzęcych. Aby utrzymać prawidłową (optymalną) temperaturę ciała, organizmy zwierzęce posiadają system regulacji wymiany ciepła z otoczeniem.

Organizmy zwierzęce dzielą się na poikilotermiczne i homeotermiczne. Poikilotermy (stojące na niższych poziomach drabiny filogenetycznej) mają niedoskonałe, ale wciąż dość skuteczne mechanizmy termoregulacji. Mechanizmy te obejmują układ chemiczny kompensację temperatury, która pozwala na utrzymanie stabilnej wymiany energii podczas znacznych zmian temperatury ciała, termoregulację poprzez zachowanie (dobór optymalnej temperatury otoczenia) i histerezę temperatury (zdolność do szybszego pobierania ciepła ze środowiska zewnętrznego niż jego utratę).

Homeotermia jest późniejszym nabytkiem w ewolucji świata zwierząt. Do zwierząt prawdziwie homeotermicznych zalicza się ptaki i ssaki, gdyż zwierzęta te są w stanie utrzymać stałą temperaturę ciała w granicach 2°C pomimo stosunkowo dużych wahań temperatury zewnętrznej.

Homeotermia opiera się na wyższym poziomie wymiany energii niż u zwierząt poikilotermicznych, ze względu na zwiększoną rolę hormonów tarczycy, które stymulują pracę komórkowej pompy sodowej. Wysoka wymiana energii doprowadziła do powstania doskonałych mechanizmów regulacji energii cieplnej w organizmie.

Wiele zwierząt należy do grupy organizmów heterotermicznych: w pewnych warunkach są to organizmy poikilotermiczne, w innych homeotermiczne.

Aby utrzymać stałą temperaturę ciała, zwierzęta homeotermiczne posiadają termoregulację chemiczną i fizyczną. Termoregulacja fizyczna odbywa się poprzez zmianę przewodności cieplnej tkanek powłokowych ciała (zmiany ukrwienia skóry, piloerekcja, odparowanie wilgoci z powierzchni ciała lub jamy ustnej).

Termoregulacja chemiczna odbywa się poprzez zwiększenie wytwarzania ciepła w organizmie. Istnieją dwa główne źródła termoregulacji chemicznej (regulowanego wytwarzania ciepła): termogeneza kurczliwa wskutek dobrowolnej aktywności aparatu ruchu, napięcia termoregulacyjnego i drżenia mięśni oraz termogeneza niekurczliwa pod wpływem brunatnej tkanki tłuszczowej, specyficznego dynamicznego działania pożywienia, itp.

Wymiana ciepła kontrolowana jest przez aktywność termoreceptorów, z których informacja przekazywana jest do ośrodka termoregulacji podwzgórza, który kontroluje reakcje termoregulacji chemicznej i fizycznej.

Długotrwałe przebywanie w warunkach wysokiej lub niskiej temperatury otoczenia prowadzi do znacznych zmian we właściwościach organizmu, zwiększając jego odporność na działanie odpowiednich czynników temperaturowych.

Budowę i odnowę tkanek organizmu, a także pokrycie wydatków energetycznych organizmu należy zapewnić poprzez odpowiednie odżywianie. W metabolizmie i energii wyróżnia się dwa procesy: anabolizm i katabolizm. Anabolizm rozumiany jest jako zespół procesów mających na celu budowę struktur organizmu, głównie poprzez syntezę złożonych substancji organicznych. Katabolizm to zespół procesów rozkładu złożonych substancji organicznych w celu wyzwolenia energii. Anabolizm i katabolizm opierają się na procesach asymilacji i dysymilacji, które są odpowiednio ze sobą powiązane i zrównoważone.

Potrzeby żywieniowe zwierząt są dość jednolite: substancje niezbędne do wymiany energii (białka, tłuszcze, węglowodany), substancje do budowy złożonych cząsteczek białek i struktur komórkowych (aminokwasy, puryny, lipidy, węglowodany), specjalne katalizatory metaboliczne (witaminy). oraz stabilizatory błon komórkowych (przeciwutleniacze), jony nieorganiczne i uniwersalny rozpuszczalnik biologiczny – woda.

Wartość energetyczną żywności określa się na podstawie ilości energii cieplnej wydzielanej podczas spalania 1 g substancji spożywczej (fizjologiczne ciepło spalania).

Racjonalne żywienie oznacza odżywianie w wystarczającej ilości i pełnej jakości. Podstawą racjonalnego odżywiania jest równowaga, czyli optymalna proporcja spożywanego pokarmu. Zbilansowana dieta powinna zawierać białka, tłuszcze i węglowodany w proporcji masowej około 1:1:4. Pod względem jakościowym żywność musi być kompletna, czyli zawierać białko (m.in aminokwasy), niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe (tzw. witamina F), witaminy, z których większość wchodzi w skład układów katalitycznych, oraz liczna grupa substancji witaminopodobnych, pierwiastki nieorganiczne i woda.

BIBLIOGRAFIA

1) McMurray V. Metabolizm u ludzi. M., 1980.

2) Norton A., Edholm O. Człowiek w niskich temperaturach. M., 1957.

3) Kurs ogólny fizjologia człowieka i zwierząt / pod red. A. D. Nozdracheva. M., 1991. książka. 2.

4) Podstawy fizjologii / wyd. P. Stery. M., 1984.

5) Słonim A.D. Ewolucja termoregulacji. L., 1986.

6) Fizjologia termoregulacji: Przewodnik po fizjologii / pod red. K. P. Iwanowa. L., 1984.

7) Fizjologia człowieka / wyd. N.A. Agadzhanyan, V.I. Tsirkin. Petersburg, 1998.

8) Fizjologia człowieka / wyd. R. Schmidt, G. Tevs. M., 1986. T. 4.

Wymiana ciepła

Ciepło może przemieszczać się jedynie z obszaru o wyższej temperaturze do obszaru o niższej temperaturze. Zatem przepływ energii cieplnej z organizmu żywego do otoczenia nie zatrzymuje się, dopóki temperatura ciała jest wyższa od temperatury otoczenia.

Temperaturę ciała określa się jako stosunek szybkości metabolicznej produkcji ciepła przez struktury komórkowe do szybkości rozpraszania wytworzonej energii cieplnej do otoczenia. W związku z tym wymiana ciepła między organizmem a środowiskiem jest niezbędnym warunkiem istnienia organizmów stałocieplnych. Naruszenie związku między tymi procesami prowadzi do zmiany temperatury ciała.

Życie może wystąpić w wąskim zakresie temperatur.

Możliwość zachodzenia procesów życiowych ograniczona jest wąskim zakresem temperatur środowiska wewnętrznego, w którym mogą zachodzić główne reakcje enzymatyczne. Dla człowieka spadek temperatury ciała poniżej 25°C i wzrost powyżej 43°C jest zwykle śmiertelny. Komórki nerwowe są szczególnie wrażliwe na zmiany temperatury.

Rdzeń i zewnętrzna powłoka ciała

Z punktu widzenia termoregulacji ciało ludzkie można sobie wyobrazić jako składające się z dwóch elementów: zewnętrznej powłoki i wewnętrznego rdzenia. Jądro to część ciała o stałej temperaturze, a skorupa to część ciała, w której występuje gradient temperatury. Poprzez powłokę następuje wymiana ciepła pomiędzy rdzeniem a otoczeniem.

Termoregulacja

Termoregulacja to zespół procesów fizjologicznych mających na celu utrzymanie względnej stałości temperatury wewnętrznej w warunkach zmieniających się temperatur otoczenia poprzez regulację wytwarzania i wymiany ciepła. Termoregulacja ma na celu zapobieganie zaburzeniom równowagi cieplnej organizmu lub jej przywrócenie, jeśli takie zaburzenia już wystąpiły, i odbywa się na drodze neurohumoralnej.

Rodzaje termoregulacji

Termoregulację można podzielić na dwa główne typy:

Termoregulacja chemiczna i fizyczna. Oni z kolei są również podzieleni na kilka typów:

1. Termoregulacja chemiczna

   Termogeneza skurczowa
   - Termogeneza niekurczliwa

2. Termoregulacja fizyczna

Promieniowanie
-Przewodnictwo cieplne (przewodnictwo)
-Konwekcja
-Odparowanie

Rozważmy bardziej szczegółowo tego rodzaju termoregulację.

Termoregulacja chemiczna

Regulacja wielkości produkcji ciepła

Chemiczna termoregulacja wytwarzania ciepła odbywa się poprzez zmianę poziomu metabolizmu, co prowadzi do zmiany w powstawaniu ciepła w organizmie. Źródłem ciepła w organizmie są egzotermiczne reakcje utleniania białek, tłuszczów, węglowodanów, a także hydroliza ATP.

Podczas rozkładu składników odżywczych część uwolnionej energii gromadzi się w ATP, a część jest rozpraszana w postaci ciepła (ciepło pierwotne - 65–70% energii). Podczas korzystania z połączeń wysokoenergetycznych Cząsteczki ATP część energii jest wykorzystywana do wykonania użytecznej pracy, a część jest rozpraszana (ciepło wtórne). Zatem dwa strumienie ciepła – pierwotny i wtórny – stanowią produkcję ciepła.

W przypadku konieczności zwiększenia produkcji ciepła, oprócz możliwości odbioru ciepła z zewnątrz, organizm wykorzystuje mechanizmy zwiększające produkcję energii cieplnej.

Mechanizmy te obejmują termogenezę kurczliwą i niekurczliwą.

Termogeneza skurczowa

Ten rodzaj termoregulacji działa, jeśli jest nam zimno i potrzebujemy podnieść temperaturę ciała. Metoda ta polega na skurczu mięśni.

Kiedy mięśnie kurczą się, zwiększa się hydroliza ATP, przez co zwiększa się przepływ ciepła wtórnego wykorzystywanego do ogrzania ciała.

Dobrowolna aktywność układu mięśniowego zachodzi głównie pod wpływem kory mózgowej. W tym przypadku możliwy jest wzrost produkcji ciepła 3–5 razy w porównaniu z wartością podstawowego metabolizmu.

Zwykle, gdy temperatura otoczenia i temperatura krwi spadają, pierwszą reakcją jest wzrost napięcia termoregulacyjnego (włosy na ciele „stają dęba”, pojawia się „gęsia skórka”). Z punktu widzenia mechaniki skurczu ton ten jest mikrowibracją i pozwala zwiększyć produkcję ciepła o 25–40% poziomu początkowego. Zwykle w tworzeniu napięcia biorą udział mięśnie głowy i szyi.

Przy bardziej znaczącej hipotermii zmienia się ton termoregulacyjny zimne drżenie mięśni. Zimne dreszcze to mimowolna, rytmiczna aktywność powierzchownych mięśni, w wyniku której wzrasta produkcja ciepła. Uważa się, że produkcja ciepła podczas dreszczy z zimna jest 2,5 razy większa niż podczas dobrowolnej aktywności mięśni.

Opisany mechanizm działa na poziomie odruchowym, bez udziału naszej świadomości. Ale temperaturę ciała możesz podnieść także świadomą aktywnością fizyczną.

Podczas wykonywania aktywności fizycznej o różnej intensywności produkcja ciepła wzrasta 5–15 razy w porównaniu do poziomu spoczynkowego. Przez pierwsze 15–30 minut długotrwałej pracy temperatura rdzenia dość szybko wzrasta do względnie stałego poziomu, a następnie utrzymuje się na tym poziomie lub nadal powoli rośnie.

Termogeneza niekurczliwa

Ten rodzaj termoregulacji może prowadzić zarówno do wzrostu, jak i obniżenia temperatury ciała.

Odbywa się to poprzez przyspieszenie lub spowolnienie katabolicznych procesów metabolicznych. A to z kolei doprowadzi do zmniejszenia lub zwiększenia produkcji ciepła. Dzięki tego typu termogenezie produkcja ciepła może wzrosnąć 3-krotnie.

Regulacja procesów termogenezy nieskurczowej odbywa się poprzez aktywację współczulnego układu nerwowego, produkcję hormonów tarczycy i rdzenia nadnerczy.

Termoregulacja fizyczna

Przez termoregulację fizyczną rozumie się zespół procesów fizjologicznych prowadzących do zmian w poziomie wymiany ciepła. Istnieje kilka mechanizmów uwalniania ciepła do otoczenia.

1. Promieniowanie
– przenoszenie ciepła w postaci fal elektromagnetycznych w zakresie podczerwieni. Pod wpływem promieniowania wszystkie obiekty, których temperatura jest wyższa od zera absolutnego, wydzielają energię. Promieniowanie elektromagnetyczne swobodnie przechodzi przez próżnię, powietrze atmosferyczne dla niej można to również uznać za „przejrzyste”. Ilość ciepła oddanego przez organizm do otoczenia przez promieniowanie jest proporcjonalna do powierzchni promieniowania (powierzchni ciała niezakrytej przez odzież) i gradientu temperatury. W temperaturze otoczenia wynoszącej 20°C i wilgotności względnej powietrza wynoszącej 40–60% organizm dorosłego człowieka rozprasza około 40–50% całkowitego ciepła wydzielanego przez promieniowanie.
2. Przewodnictwo cieplne (przewodnictwo)
- metoda przekazywania ciepła podczas bezpośredniego kontaktu ciała z innymi obiektami fizycznymi. Ilość ciepła uwalnianego tą metodą do otoczenia jest proporcjonalna do różnicy średnich temperatur stykających się ciał, powierzchni stykających się powierzchni, czasu kontaktu termicznego i przewodności cieplnej.
3. Konwekcja
– przenoszenie ciepła realizowane poprzez przenoszenie ciepła przez poruszające się cząsteczki powietrza (wody). Powietrze mające kontakt ze skórą nagrzewa się i unosi, jego miejsce zajmuje „zimna” porcja powietrza itp. W warunkach komfortu cieplnego organizm traci do 15% całkowitego wydzielanego w ten sposób ciepła.
4. Odparowanie– uwolnienie energii cieplnej do otoczenia na skutek odparowania potu lub wilgoci z powierzchni skóry i błon śluzowych dróg oddechowych. W wyniku parowania ciało oddaje około 20% całego rozproszonego ciepła w komfortowej temperaturze. Parowanie dzieli się na 2 typy.

Niewyczuwalny pot– parowanie wody z błon śluzowych dróg oddechowych (poprzez oddychanie) i woda przenikająca przez nabłonek skóry ( Parowanie z powierzchni skóry. Działa nawet przy suchej skórze.)

Przez drogi oddechowe w ciągu doby paruje do 400 ml wody, tj. organizm traci do 232 kcal dziennie. W razie potrzeby wartość tę można zwiększyć ze względu na duszność termiczną.

Średnio dziennie przez naskórek przenika około 240 ml wody. W rezultacie organizm traci w ten sposób aż 139 kcal dziennie. Wartość ta z reguły nie zależy od procesów regulacyjnych i różnych czynników środowiskowych.

Postrzegany pot– przenikanie ciepła przez odparowanie potu. W komfortowej temperaturze otoczenia wydziela się średnio 400–500 ml potu dziennie, dzięki czemu uwalniane jest do 300 kcal energii. Jeżeli jednak zajdzie taka potrzeba, objętość pocenia się może wzrosnąć do 12 l na dobę, tj. Pocąc się możesz stracić nawet 7000 kcal dziennie.

Wydajność parowania w dużej mierze zależy od środowiska: im wyższa temperatura i niższa wilgotność, tym większa skuteczność pocenia się jako mechanizmu przenoszenia ciepła. Przy 100% wilgotności parowanie jest niemożliwe.

Kontrola termoregulacji

Podwzgórze

Układ termoregulacji składa się z szeregu elementów o wzajemnie powiązanych funkcjach. Informacje o temperaturze pochodzą z termoreceptorów i docierają do mózgu poprzez układ nerwowy.

Podwzgórze odgrywa główną rolę w termoregulacji. Zniszczenie jego ośrodków lub przerwanie połączeń nerwowych prowadzi do utraty zdolności regulowania temperatury ciała. Przedni podwzgórze zawiera neurony kontrolujące procesy wymiany ciepła. Kiedy neurony przedniego podwzgórza ulegają zniszczeniu, organizm nie toleruje dobrze wysokich temperatur, ale w niskich temperaturach utrzymuje się aktywność fizjologiczna. Neurony tylnego podwzgórza kontrolują procesy wytwarzania ciepła. Kiedy ulegają uszkodzeniu, zdolność do wzmożenia wymiany energii zostaje upośledzona, przez co organizm źle toleruje zimno.

Układ hormonalny

Podwzgórze kontroluje procesy wytwarzania i przenoszenia ciepła, wysyłając impulsy nerwowe do gruczołów wydzielania wewnętrznego, głównie tarczycy i nadnerczy.

Udział tarczycy w termoregulacji wynika z faktu, że pod wpływem niskiej temperatury następuje wzmożone wydzielanie jej hormonów, które przyspieszają metabolizm, a co za tym idzie wydzielanie ciepła.

Rola nadnerczy związana jest z uwalnianiem przez nie do krwi katecholamin, które nasilając lub osłabiając procesy oksydacyjne w tkankach (np. mięśniach), zwiększają lub zmniejszają wytwarzanie ciepła oraz zwężają lub powiększają naczynia skórne, zmieniając poziom przenikanie ciepła.

Termoregulacja jest związana z mechanizmami regulacji poziomu wytwarzania ciepła (regulacja chemiczna) i wymiany ciepła (regulacja fizyczna). Równowaga produkcji i wymiany ciepła jest kontrolowana przez podwzgórze, które integruje sensoryczne, autonomiczne, emocjonalne i motoryczne elementy zachowań adaptacyjnych.

Temperatura jest odbierana poprzez receptory znajdujące się na powierzchni ciała (receptory skórne) oraz receptory temperatury znajdujące się głęboko w drogach oddechowych, naczyniach krwionośnych, narządach wewnętrznych oraz w splotach nerwów międzymięśniowych przewodu pokarmowego. Poprzez nerwy doprowadzające impulsy z tych receptorów wędrują do ośrodka termoregulacji w podwzgórzu. Aktywuje różne mechanizmy, które zapewniają wytwarzanie lub przenoszenie ciepła. Mechanizm informacja zwrotna przy udziale układu nerwowego i przepływu krwi zmienia się wrażliwość receptorów temperatury (ryc. 15.4, 15.5). Formacje termoczułe znajdują się również w różnych obszarach ośrodkowego układu nerwowego - w korze ruchowej, w podwzgórzu, w pniu mózgu (tworzenie siatkowe, rdzeń przedłużony) i rdzeniu kręgowym.

W podwzgórzu, zwanym czasem „termostatem organizmu”, znajduje się nie tylko ośrodek integrujący różne impulsy czuciowe związane z informacją o temperaturze;

Ryż. 15.4.

równowagę fizyczną organizmu, ale także ośrodek regulacji reakcji motorycznych kontrolujących zmiany temperatury. Po dysfunkcji podwzgórza następuje utrata zdolności do regulowania temperatury ciała.

Przedni podwzgórze ma związek z kontrolą regulacji wymiany ciepła, co zapobiega przegrzaniu - jego neurony są wrażliwe na temperaturę przepływającej krwi. Jeśli funkcjonowanie tego ośrodka zostanie zakłócone, w zimnym środowisku kontrola nad temperaturą ciała zostaje zachowana, natomiast w czasie upałów jest ona nieobecna i temperatura ciała znacznie wzrasta.

Kolejny ośrodek termoregulacji, zlokalizowany w tylnym podwzgórzu, kontroluje ilość wytwarzanego ciepła

Ryż. 15,5. Udział układu nerwowego w termoregulacji i tym samym zapobiega nadmiernemu wychłodzeniu. Zakłócenie tego ośrodka zmniejsza zdolność do zwiększania metabolizmu energetycznego w zimnym środowisku i spada temperatura ciała.

Przenoszenie ciepła z wewnętrznych obszarów ciała do kończyn w wyniku zmian objętości przepływu krwi następuje ważne środki regulacja wymiany ciepła poprzez reakcje naczynioruchowe. Kończyny wytrzymują znacznie szerszy zakres temperatur niż wewnętrzne obszary ciała i tworzą doskonałe „wentylatory” temperaturowe, tj. miejsca, które mogą pozwolić na utratę większej lub mniejszej ilości ciepła w zależności od przepływu ciepła z wewnętrznych obszarów ciała przez krwioobieg.

Termoregulacja jest powiązana z układem współczulnym system nerwowy(Patrz rys. 15.5). Reguluje napięcie naczyniowe; w rezultacie zmienia się przepływ krwi do skóry (patrz rozdział 4). Rozszerzeniu naczyń podskórnych towarzyszy spowolnienie przepływu krwi w nich i zwiększony transfer ciepła (ryc. 15.6). W ekstremalnych upałach przepływ krwi do skóry kończyn gwałtownie wzrasta, a nadmiar ciepła jest rozpraszany. Bliskość żył do powierzchni skóry zwiększa ochłodzenie krwi, która powraca do wewnętrznych obszarów ciała.

Podczas chłodzenia naczynia zwężają się, zmniejszając przepływ krwi na obwód. U człowieka, gdy krew przepływa przez duże naczynia dłoni i stóp, jej temperatura spada. Schłodzona krew żylna, powracająca do organizmu przez naczynia znajdujące się w pobliżu tętnic, wychwytuje duże

Ryż. 15.6. Reakcją powierzchownych naczyń skóry na zimno jest zwężenie (A) i ciepło - rozszerzalność (B)

udział ciepła oddawanego przez krew tętniczą. Taki system nazywa się przeciwprądowa wymiana ciepła. Ona promuje powrót duża ilość ciepło do wewnętrznych obszarów ciała po przepływie krwi przez kończyny. Ogólnym efektem takiego systemu jest zmniejszenie wymiany ciepła. Gdy temperatura powietrza jest bliska zera, taki system nie jest korzystny, ponieważ w wyniku intensywnej wymiany ciepła między krwią tętniczą i żylną temperatura palców rąk i nóg może znacznie spaść, co może spowodować odmrożenia.

Głównym źródłem wytwarzania ciepła są skurcze mięśni, które podlegają dobrowolnej kontroli. Innym rodzajem wzmożonej produkcji ciepła w organizmie mogą być drżenia mięśni – reakcja na zimno. Niewielkie ruchy mięśni podczas dreszczy zwiększają efektywność wytwarzania ciepła. Podczas drżenia zginacze i prostowniki kończyn oraz mięśnie żucia kurczą się rytmicznie i jednocześnie z dużą częstotliwością. Częstotliwość i siła skurczów mogą się różnić. Drżenie pojawia się tylko wtedy, gdy dane mięśnie nie są zaangażowane w inną czynność. Można go pokonać poprzez dobrowolną pracę mięśni. Dobrowolne ruchy, takie jak chodzenie, obejmują skurcze mięśni, które przezwyciężają drżenie. Zarówno drżeniu, jak i chodzeniu towarzyszy powstawanie ciepła. Neurony w tylnym podwzgórzu wpływają na częstotliwość i siłę skurczów mięśni podczas dreszczy. Ośrodek ten odbiera impulsy z ośrodka termoregulacji w przednim podwzgórzu oraz z receptorów mięśniowych. Impulsy z mózgu docierają do wszystkich poziomów rdzenia kręgowego, gdzie powstają rytmiczne sygnały powodujące drżenie mięśni.

Ponadto energia cieplna wytwarzana jest w wyniku rozkładu tłuszczów zmagazynowanych w tkance tłuszczowej. Najskuteczniejszy w tym sensie jest tłuszcz brunatny, umiejscowiony u noworodków pomiędzy łopatkami i za mostkiem. Przez kilka dni po urodzeniu główną reakcją na zimno jest produkcja ciepła z brunatnych komórek tłuszczowych. Później u dzieci reakcja ta przechodzi w drżenie. Brązowy tłuszcz występuje w dużych ilościach u zwierząt zapadających w sen zimowy. Rozkład tłuszczu z białej tkanki tłuszczowej jest mniej efektywny. Biały tłuszcz nie przyczynia się do powstawania, ale do zachowania ciepła.