Inimene on soojavereline loom. See väljendub asjaolus, et ümbritseva keskkonna temperatuuri oluliste kõikumiste korral suudab see hoida püsivat kehatemperatuuri 36-37 kraadi juures. Keha soojusbilanssi reguleerivad kaks protsessi: soojuse teke ja soojuskadu. Soojuse tootmine kehas toimub pidevalt erinevate keemiliste reaktsioonide tulemusena, mis tagavad normaalse ainevahetuse. Kui konstantse sisetemperatuuri hoidmiseks on vaja lisasoojust, võib see tekkida tahtmatust rütmilisest lihasaktiivsusest (värinast) tingitud lihasaktiivsuse tahtlikust suurenemisest ja ainevahetusprotsesside kiirenemisest, mis ei ole seotud lihaste kokkutõmbumisega (nt. rasvade lagunemine spetsiaalse pruuni rasvkoe rakkudes).
Kehatemperatuuri ühtlasena hoidmiseks on vajalik, et soojuse tootmine oleks tasakaalustatud soojuskaoga. Soojusülekanne toimub keha pinnalt läbi naha soojuse, konvektsiooni, kiirguse ja higi aurustumise teel, samuti hingamise käigus kopsude pinnalt aurudes niiskust. Mugava välistemperatuuri tingimustes kulub siseorganite töö tagamiseks vaid umbes 2% soojuskadu, samal ajal kui inimene kulutab naha kaudu umbes 95% kogu kehas toodetavast soojusest; ülejäänud 3% kulub vee aurustamisele hingamisel ja väljahingatava õhu soojendamisel. Madalatel temperatuuridel, eriti inimese vees viibimise ajal, võib soojusülekandevormide suhe oluliselt muutuda. Lisaks sõltub soojusülekanne soojuse juhtivusest ja selle ümberjaotumisest kehas, samuti verevoolust.
Kui inimene siseneb külma vette, aktiveeruvad keha kohanemismehhanismid, mis suurendab soojuse tootmist ja vähendab soojusülekannet. See väljendub vererõhu tõusus, südame löögisageduse kiirenemises ja kiirenemises, hingamise kiirenemises ja süvenemises, lihastoonuse tõusus, ainevahetuses, perifeersete veresoonte spasmis ja elutähtsate siseorganite vasodilatatsioonis jne. keha vees viibimise ajal on hapnikutarbimise suurenemine. Niisiis, kui puhkeolekus mugavates õhutingimustes on hapnikutarbimine umbes 250 kuupcm, siis 25-kraadises vees - keskmiselt 800 kuupcm, T = 15 ° C - kuni 1200 kuupcm ja temperatuuril vesi = 10 kraadi - kuni 1600 cm3.
Pikaajalisel külmas vees viibimisel, kui sügav kehatemperatuur ähvardab langeda, võib jäsemete temperatuur langeda ümbritseva keskkonna temperatuurini. Seega väheneb inimesel külmades tingimustes soojuse hajumise aktiivne pind ligi 50% (täpselt nii jäsemete pinna osakaal kogu kehapinnast) ning kaitset vajava keha maht väheneb. 30% samal põhjusel. Mõned teadlased nimetavad seda nähtust omamoodi jäsemete "füsioloogiliseks amputatsiooniks", mis võimaldab hoida keha "tuuma" temperatuuri, eriti südame ja aju temperatuuri normaalsel temperatuuril. Pikaajalisel kokkupuutel madalate temperatuuridega kehal on aga võimalik veresoonte külm laienemine. Ja kui õhus kaitseb see anumate omadus kudesid külmumise eest, siis vees kiirendab see nähtus ainult keha soojuskadu.
Vette sattudes toimub pea ja kaela piirkonnast väga suur soojusülekanne. See on tingitud asjaolust, et erinevalt jäsemete veresoontest ei kitsene pea veresooned külma mõjul. Seetõttu kaotab pea ja kaela kaitsmata pinna kaudu vette kukkunud inimene 30–50% enda toodetud soojusest.
Tuleb meeles pidada, et sukeldumisel rohkem kui 50 m sügavusele suureneb oluliselt hingamisteede soojuskadu. Nagu me juba ütlesime, võib külma gaasi sissehingamine põhjustada tõsiseid hingamisprobleeme, samuti raskendada rõhu kompenseerimist keskkõrvaõõnes ja ninakõrvalurgetes. Eustachia kanalite külma turse ja suurenenud lima eritumise probleem on eriti märgatav külmas vees ujumisel.
Algselt arvati, et hingamisteede soojuskaod on seotud heeliumi kõrge soojusjuhtivusega, mis sisaldub süvamere hingamise segudes. Kuid kuna sarnased protsessid arenevad väga külma õhu hingamisel samal sügavusel (50–70 m), vaadati seda kontseptsiooni üle. Praegu on üldtunnustatud, et peamine tegur, mis põhjustab märkimisväärset soojuskadu kopsude kaudu, on neid läbiva gaasi mass. Selle põhjuseks on asjaolu, et gaas püsib kopsudes piisavalt kaua, mille jooksul on neil aega soojeneda ning tuuker hingab juba välja gaasi, mille temperatuur on kehatemperatuuri lähedane. Seega, kui hingamisteede soojuskaod veepinnal on vaid 20-30 W, siis 50 m sügavusel on need 120-180 W ja 300 m kõrgusel 620-930 W. Keha "südamiku" hüpotermia vältimiseks külma õhu või segude sissehingamisel madalal sügavusel on soovitatav kasutada spetsiaalset soojusvaheti seadet, mis on sisestatud hingamismasina huulikusse - termorekuperaatorit. Õhu soojendamiseks sügavamal kui 50 m kasutatakse ka muid spetsiaalseid sissehingatava õhu soojendamise süsteeme (kasutades elektrienergiat, sooja vett, regeneratiivkassette suletud tsükliga seadmetes jne).
Olulist rolli termilise tasakaalu säilitamisel mängib nahaaluse rasvkoe kihi paksus. Nii on katseliselt kindlaks tehtud, et veetemperatuuri alumine piir, mille juures on termiline tasakaal võimalik ilma täiendava termokaitseta, on rasvunud inimestel veidi alla 12 kraadi, kõhnade puhul 28-30. Samas on ülemine piir, mille juures sisetemperatuur ilma keha olulise ülekuumenemiseta stabiliseerub, nii rasvunud kui kõhnade inimeste puhul 38 kraadi.
Inimtegevusega kaasneb pidev soojuse eraldumine keskkonda. Selle suurus sõltub füüsilise stressi astmest ja jääb vahemikku 85 W (puhkeolekus) kuni 500 W (raske töö ajal). Et füsioloogilised protsessid kehas normaalselt kulgeksid, tuleb organismis tekkiv soojus täielikult keskkonda viia. Termilise tasakaalu rikkumine võib põhjustada keha ülekuumenemist või alajahtumist ning selle tulemusena puude, kiire väsimuse, teadvusekaotuse ja kuumasurma.
Soojusülekandes mängib suurt rolli naha temperatuurirežiim. Selle temperatuur varieerub üsna olulistes piirides ja riiete all on 30 ... 34 ° C. Ebasoodsate ilmastikutingimuste korral võib temperatuur mõnes kehaosas langeda 20 °C-ni ja mõnikord isegi madalamale.
Normaalne termiline heaolu tekib siis, kui inimese soojuseraldus on keskkonna poolt täielikult tajutud, s.t. kui on olemas termiline tasakaal ja siseorganite temperatuur püsib konstantsena. Kui keha soojuse tootmist ei saa täielikult keskkonda üle kanda, tõuseb siseorganite temperatuur ja sellist termilist tervislikku seisundit iseloomustab mõiste "kuum". Siseorganite kõrgeim temperatuur, mida inimene talub, on 43 ° C. Kui keskkond tajub soojust rohkem, kui inimene seda taastoodab, siis keha jahtub. Sellist termilist heaolu iseloomustab mõiste "külm". Siseorganite minimaalne temperatuur, mida inimene talub, on 25 ° C. Mugav keskkond on selline, mille jahutusvõimsus vastab inimese soojuse tootmisele. Mugavustingimustes ei koge inimene teda häirivaid termilisi aistinguid - külma või ülekuumenemist.
Inimkeha soojusbilanss erinevates ilmastikutingimustes on erinev. Temperatuur mõjutab inimese heaolu kõige rohkem.
õhku. Seda tunnetavad ennekõike inimkeha avatud pinnaosad. Kehatemperatuurist sõltub ainevahetuse ja oksüdatiivsete protsesside intensiivsus kudedes, naha verevarustuse reguleerimine, higistamine ja hingamine. Tavatemperatuuril eemaldatakse inimese nahast ruumiõhku kiirgusega kuni 45%, konvektiivse soojusülekande tõttu kuni 30%, higi aurustumisel kuni 25% soojusest.
Kõrge õhutemperatuur avaldab kahjulikku mõju inimese südame-veresoonkonnale ja kesknärvisüsteemile. Madal temperatuur võib põhjustada keha lokaalset ja üldist alajahtumist, põhjustada külmetushaigusi.
Inimese ja keskkonna vaheline soojusvahetus toimub konvektsiooni teel (keha õhuga pesemise protsess).
Ümbritseva õhu temperatuuri, kiirust, suhtelist niiskust ja atmosfäärirõhku nimetatakse mikrokliima näitajad, ja nende arvväärtused on mikrokliima parameetrid.
Mikrokliima parameetrid ja keha füüsilise aktiivsuse intensiivsus iseloomustavad tööstusliku mikrokliima mugavusastet, inimese soojatunnet, töövõimet.
On kindlaks tehtud, et õhutemperatuuril üle 30 °C hakkab inimese töövõime langema. Sissehingatava õhu maksimaalne temperatuur, kl
mida inimene suudab veel mitu minutit ilma spetsiaalsete kaitsevahenditeta hingata, on umbes 116 °C.
Inimese temperatuuritaluvus sõltub ka ümbritseva õhu niiskusest ja liikumiskiirusest. Mida suurem on õhu suhteline niiskus, seda vähem higi aurustub ajaühikus ja seda kiiremini keha üle kuumeneb. Eriti ebasoodsat mõju inimese termilisele heaolule avaldab kõrge õhuniiskus õhutemperatuuril üle 30 ° C. Sellel temperatuuril läheb kogu eralduv soojus higi aurustumiseks. Kuid kõrge õhuniiskuse korral higi ei aurustu, vaid tilgub naha pinnalt alla, kurnades keha ega taga vajalikku soojusülekannet. Koos higiga kaotab inimorganism olulisel määral mineraalsooli. Tööstusliku mikrokliima ebasoodsates tingimustes võib inimese vedelikukaotus vahetuses ulatuda 8 ... 10 liitrini ja koos sellega kuni 40 g lauasoola (inimorganismis kokku umbes 140 g). Kõrge õhutemperatuuri korral tarbitakse intensiivsemalt süsivesikuid ja rasvu ning valgud hävivad.
Pikaajaline kokkupuude kõrge temperatuuriga, eriti koos kõrge õhuniiskusega, võib põhjustada kehas märkimisväärse soojuse akumuleerumise ja keha ülekuumenemise üle vastuvõetava taseme – hüpertermia – seisund, mille korral kehatemperatuur tõuseb
38...39 °С (termošokk). Selles seisundis on peavalu, pearinglus, üldine nõrkus, värvitaju moonutamine, suukuivus, iiveldus, oksendamine, tugev higistamine, pulss ja hingamine on kiirenenud. Esineb kahvatus, tsüanoos, pupillid on laienenud, kohati võivad tekkida krambid, teadvusekaotus.
Raudteeveeremi remondi kuumades töökodades on tehnoloogilised protsessid, mis toimuvad välisõhu temperatuurist oluliselt kõrgematel temperatuuridel. Kuumutatud pinnad kiirgavad kosmosesse kiirgusenergia voogusid, mis võivad kaasa tuua negatiivseid tagajärgi. Infrapunakiired avaldavad inimkehale peamiselt termilist mõju, samas kui südame-veresoonkonna ja kesknärvisüsteemi normaalset aktiivsust rikutakse. Need kiired võivad põhjustada naha ja silmade põletusi. Kõige tavalisem ja raskem infrapunakiirgusega kokkupuutest tingitud silmakahjustus on silma kae.
Madalatel temperatuuridel, kõrge õhu liikuvuse ja niiskuse juures teostatavad tootmisprotsessid võivad põhjustada keha jahtumist ja isegi alajahtumist – hüpotermiat. Mõõduka külmaga kokkupuute algperioodil väheneb hingamissagedus, suureneb sissehingatava õhu maht. Pikaajalise külma toimega
V. Inimese elu saab kulgeda ainult kitsas temperatuurivahemikus.
Temperatuuril on oluline mõju inimkehas toimuvate eluprotsesside kulgemisele ja selle füsioloogilisele aktiivsusele. Eluprotsesse piirab sisekeskkonna kitsas temperatuurivahemik, milles võivad toimuda peamised ensümaatilised reaktsioonid. Inimeste jaoks on kehatemperatuuri langus alla 25 °C ja tõus üle 43 °C tavaliselt surmav. Närvirakud on eriti tundlikud temperatuurimuutuste suhtes.
Kuumus põhjustab intensiivset higistamist, mis põhjustab dehüdratsiooni, mineraalsoolade ja vees lahustuvate vitamiinide kadu. Nende protsesside tagajärjeks on vere hüübimine, soolade ainevahetuse häired, mao sekretsioon ja vitamiinipuuduse tekkimine. Lubatud kaalulangus aurustumise ajal on 2-3%. Kui aurustumisest tulenev kaalulangus on 6%, on vaimne aktiivsus häiritud ja 15-20% kaalukaotusega saabub surm. Kõrge temperatuuri süstemaatiline toime põhjustab muutusi kardiovaskulaarsüsteemis: südame löögisageduse tõus, vererõhu muutused, südame funktsionaalse võimekuse nõrgenemine. Pikaajaline kõrge temperatuuriga kokkupuude põhjustab kehas kuumuse kogunemist, samal ajal võib kehatemperatuur tõusta 38-41 ° C-ni ja tekkida teadvusekaotusega kuumarabandus.
Madalad temperatuurid võivad olla keha jahtumise ja alajahtumise põhjused. Jahtudes kehas väheneb reflektoorselt soojusülekanne ja suureneb soojuse tootmine. Soojusülekande vähenemine toimub veresoonte spasmi (ahenemise), kehakudede soojustakistuse suurenemise tõttu. Pikaajaline kokkupuude madala temperatuuriga põhjustab püsivat veresoonte spasmi, kudede alatoitumist. Soojuse tootmise kasv jahutamisel saavutatakse kehas toimuvate oksüdatiivsete ainevahetusprotsesside pingutusega (kehatemperatuuri langusega 1°C võrra kaasneb ainevahetusprotsesside tõus 10°C võrra). Madala temperatuuriga kokkupuutega kaasneb vererõhu tõus, sissehingamise maht ja hingamissageduse vähenemine. Keha jahutamine muudab süsivesikute ainevahetust. Suure jahutamisega kaasneb kehatemperatuuri langus, elundite ja kehasüsteemide funktsioonide pärssimine.
B. Kere südamik ja väliskest.
Termoregulatsiooni seisukohalt võib inimkeha kujutada kahest komponendist koosnevana – välisest kestad ja sisemine tuumad.
Tuum on kehaosa, millel on püsiv temperatuur (siseorganid), ja kest- kehaosa, milles on temperatuurigradient (need on keha pinnakihi kuded paksusega 2,5 cm). Läbi kesta toimub soojusvahetus südamiku ja keskkonna vahel ehk muutused kesta soojusjuhtivuses määravad ära südamiku temperatuuri püsivuse. Soojusjuhtivus muutub kesta kudede verevarustuse ja verevarustuse muutuste tõttu.
Südamiku erinevate osade temperatuur on erinev. Näiteks maksas: 37,8-38,0°C, ajus: 36,9-37,8°C. Üldiselt on inimkeha sisetemperatuur 37,0°С. See saavutatakse endogeense termoregulatsiooni protsesside kaudu, mille tulemuseks on stabiilne tasakaal kehas ajaühikus toodetud soojushulga vahel ( soojuse tootmine) ja keha poolt samal ajal keskkonda hajutatud soojushulk ( soojuse hajumine).
Inimese naha temperatuur on erinevates piirkondades vahemikus 24,4°C kuni 34,4°C. Madalaimat temperatuuri täheldatakse varvastel, kõrgeimat - kaenlaaluses. Tavaliselt hinnatakse kehatemperatuuri antud ajahetkel just kaenla temperatuuri mõõtmise põhjal.
Keskmiste andmete järgi on alasti inimese keskmine nahatemperatuur mugava õhutemperatuuri tingimustes 33-34°C. Kehatemperatuuril on igapäevased kõikumised. Võnkumise amplituud võib ulatuda 1°C-ni. Kehatemperatuur on minimaalne varahommikul (3-4 tundi) ja maksimaalne päeval (16-18 tundi).
Tuntud on ka temperatuuri asümmeetria nähtus. Seda täheldatakse umbes 54% juhtudest ja vasaku kaenla temperatuur on veidi kõrgem kui paremas. Asümmeetria on võimalik ka teistes nahapiirkondades ja asümmeetria raskusaste üle 0,5 ° C viitab patoloogiale.
B. Soojusülekanne. Soojuse tekke ja soojusülekande tasakaal inimkehas.
Inimese elutegevuse protsessidega kaasneb pidev soojuse teke tema kehas ja tekkiva soojuse eraldumine keskkonda. Soojusenergia vahetust keha ja keskkonna vahel nimetatakse p soojusvahetus. Soojuse tootmine ja soojusülekanne on tingitud kesknärvisüsteemi tegevusest, mis reguleerib ainevahetust, vereringet, higistamist ja skeletilihaste tegevust.
Inimkeha on sisemise soojusallikaga isereguleeruv süsteem, milles tavatingimustes on soojuse tootmine (tekkiv soojushulk) võrdne väliskeskkonda eralduva soojushulgaga (soojusülekanne). Kehatemperatuuri püsivust nimetatakse isoterm. See tagab kudede ja elundite ainevahetusprotsesside sõltumatuse ümbritseva õhu temperatuuri kõikumisest.
Inimkeha sisetemperatuur on püsiv (36,5-37°C) tänu soojuse tootmise ja soojusülekande intensiivsuse reguleerimisele sõltuvalt väliskeskkonna temperatuurist. Ja inimese naha temperatuur välistingimuste mõjul võib varieeruda suhteliselt suurtes piirides.
Inimkehas tekib 1 tunni jooksul nii palju soojust, kui on vaja 1 liitri jäävee keetmiseks. Ja kui keha oleks kuumust mitteläbilaskev korpus, tõuseks kehatemperatuur tunniga umbes 1,5 °C ja 40 tunni pärast jõuaks see vee keemistemperatuurini. Raske füüsilise töö ajal suureneb soojuse teke mitu korda rohkem. Ometi meie kehatemperatuur ei muutu. Miks? See kõik seisneb kehas soojuse moodustumise ja vabanemise protsesside tasakaalustamises.
Juhtiv soojusbilansi taset määrav tegur on ümbritseva õhu temperatuur. Mugavustsoonist kõrvalekaldumisel tekib kehas uus soojusbilansi tase, mis tagab isotermi uutes keskkonnatingimustes. Selle kehatemperatuuri püsivuse tagab mehhanism termoregulatsioon, sealhulgas soojuse tekkeprotsess ja soojuse vabanemise protsess, mida reguleerib neuro-endokriinne rada.
D. Keha termoregulatsiooni mõiste.
termoregulatsioon- see on füsioloogiliste protsesside kogum, mille eesmärk on säilitada keha südamiku temperatuuri suhteline püsivus muutuva keskkonnatemperatuuri tingimustes soojuse tootmise ja soojusülekande reguleerimise kaudu. Termoregulatsioon on suunatud keha termilise tasakaalu rikkumiste ärahoidmisele või selle taastamisele, kui sellised rikkumised on juba toimunud, ja see viiakse läbi neuro-humoraalsel viisil.
On üldtunnustatud, et termoregulatsioon on omane ainult homoiotermilistele loomadele (sealhulgas imetajad (kaasa arvatud inimesed) ja linnud), kelle kehal on võime hoida keha sisemiste piirkondade temperatuuri suhteliselt konstantsel ja üsna kõrgel tasemel (umbes 37-38 °C imetajatel). ja 40-42 °C lindudel) olenemata ümbritseva õhu temperatuuri muutustest.
Termoregulatsiooni mehhanismi võib kujutada tagasisidega küberneetilise enesekontrollisüsteemina. Ümbritseva õhu temperatuurikõikumised mõjutavad spetsiaalseid retseptori moodustisi ( termoretseptorid) on temperatuuritundlikud. Termoretseptorid edastavad infot elundi termilise seisundi kohta termoregulatsioonikeskustesse, termoregulatsioonikeskused omakorda muudavad närvikiudude, hormoonide ja muude bioloogiliselt aktiivsete ainete kaudu soojusülekande ja soojuse tootmise taset või kehaosi (lokaalne termoregulatsioon), või keha tervikuna. Kui termoregulatsioonikeskused spetsiaalsete kemikaalidega välja lülitatakse, kaotab keha võime hoida püsivat temperatuuri. Viimastel aastatel on seda omadust kasutatud meditsiinis keha kunstlikuks jahutamiseks südame keeruliste kirurgiliste operatsioonide ajal.
Naha termoretseptorid.
Inimesel on hinnanguliselt umbes 150 000 külma- ja 16 000 soojaretseptorit, mis reageerivad siseorganite temperatuurimuutustele. Termoretseptorid paiknevad nahas, siseorganites, hingamisteedes, skeletilihastes ja kesknärvisüsteemis.
Naha termoretseptorid kohanevad kiiresti ja reageerivad mitte niivõrd temperatuurile endale, vaid selle muutustele. Maksimaalne retseptorite arv asub peas ja kaelas, minimaalne - jäsemetel.
Külmaretseptorid on vähem tundlikud ja nende tundlikkuse lävi on 0,012°C (jahtudes). Termiliste retseptorite tundlikkuslävi on kõrgem ja ulatub 0,007 °C-ni. Tõenäoliselt on see tingitud keha suuremast ülekuumenemisohust.
D. Termoregulatsiooni tüübid.
Termoregulatsiooni võib jagada kahte põhitüüpi:
1. Füüsiline termoregulatsioon:
– Aurustumine (higistamine);
– Kiirgus (kiirgus);
- konvektsioon.
2. Keemiline termoregulatsioon.
– kontraktiilne termogenees;
- külmavärinateta termogenees.
Füüsiline termoregulatsioon(protsess, mis eemaldab kehast soojust) - tagab püsiva kehatemperatuuri säilimise, muutes keha soojusülekannet läbi naha (juhtimine ja konvektsioon), kiirgust (kiirgust) ja vee aurustumist. Pidevalt kehas tekkiva soojuse tagasisaatmist reguleerib naha, nahaaluse rasvakihi ja epidermise soojusjuhtivuse muutus. Soojusülekannet reguleerib suuresti vereringe dünaamika soojust juhtivates ja soojust isoleerivates kudedes. Kui ümbritsev temperatuur tõuseb, hakkab soojusülekandes domineerima aurustumine.
Juhtivus, konvektsioon ja kiirgus on passiivsed soojusülekande teed, mis põhinevad füüsikaseadustel. Need on tõhusad ainult siis, kui säilitatakse positiivne temperatuurigradient. Mida väiksem on temperatuuride erinevus keha ja keskkonna vahel, seda vähem soojust eraldatakse. Samade indikaatorite või kõrge ümbritseva õhu temperatuuril pole mainitud viisid mitte ainult ebaefektiivsed, vaid ka keha kuumeneb. Nendel tingimustel vallandub kehas vaid üks soojusülekande mehhanism – higistamine.
Madalatel ümbritseva õhu temperatuuridel (15°C ja alla selle) toimub ligikaudu 90% päevasest soojusülekandest soojusjuhtivuse ja soojuskiirguse tõttu. Nendel tingimustel ei toimu nähtavat higistamist. Õhutemperatuuril 18-22°C soojusjuhtivusest ja soojuskiirgusest tingitud soojusülekanne väheneb, kuid keha soojuskadu nahapinnalt niiskuse aurustamisel suureneb. Kui ümbritseva õhu temperatuur tõuseb 35 ° C-ni, muutub soojusülekanne kiirguse ja konvektsiooni abil võimatuks ning kehatemperatuuri hoitakse konstantsel tasemel ainult vee aurustumise tõttu naha pinnalt ja kopsualveoolidest. Suure õhuniiskuse korral, kui vee aurustumine on raskendatud, võib tekkida keha ülekuumenemine ja tekkida kuumarabandus.
Inimesel, kes on puhkeolekus õhutemperatuuril umbes 20 °C ja kogusoojusülekandega 419 kJ (100 kcal) tunnis, kaob kiirguse toimel 66%, vee aurustumisel 19% ja 15% kogu keha soojuskadu konvektsiooniga.
Keemiline termoregulatsioon(protsess, mis tagab kehas soojuse tekke) - realiseerub ainevahetuse ja kudede nagu lihaste, aga ka maksa, pruuni rasva soojuse tootmise kaudu, st soojuse tekke taseme muutmise kaudu - suurendades või vähendades ainevahetuse intensiivsust keharakkudes. Orgaanilise aine oksüdeerumisel vabaneb energia. Osa energiast läheb ATP sünteesiks (adenosiintrifosfaat on nukleotiid, mis mängib organismis üliolulist rolli energia ja ainete ainevahetuses). Seda potentsiaalset energiat saab organism oma edasises tegevuses kasutada. Kõik koed on kehas soojuse allikaks. Kudede kaudu voolav veri soojeneb. Ümbritseva õhu temperatuuri tõus põhjustab ainevahetuse refleksi langust, mille tulemusena väheneb soojuse teke kehas. Ümbritseva õhu temperatuuri langusega suureneb metaboolsete protsesside intensiivsus refleksiivselt ja soojuse teke suureneb.
Keemilise termoregulatsiooni kaasamine toimub siis, kui füüsiline termoregulatsioon ei ole konstantse kehatemperatuuri säilitamiseks piisav.
Mõelge seda tüüpi termoregulatsioonile.
Füüsiline termoregulatsioon:
Under füüsiline termoregulatsioon mõista füsioloogilisi protsesse, mis põhjustavad soojusülekande taseme muutumist. Soojuse kehast keskkonda ülekandmiseks on järgmised viisid:
– Aurustumine (higistamine);
– Kiirgus (kiirgus);
– Soojusjuhtivus (juhtivus);
- konvektsioon.
Vaatleme neid üksikasjalikumalt:
1. Aurustumine (higistamine):
Aurustumine (higistamine)- see on soojusenergia tagastamine keskkonda, mis on tingitud higi või niiskuse aurustumisest naha pinnalt ja hingamisteede limaskestadelt. Inimesel erituvad naha higinäärmed pidevalt higi (“tajutav” ehk näärmeline, veekaotus), hingamisteede limaskestad niisutatakse (“tajutamatu” veekadu). Samas mõjutab keha „tajutav“ veekadu aurumisel eralduva soojuse koguhulka rohkem kui „tajutamatu“.
Umbes 20°C ümbritseva õhu temperatuuril on niiskuse aurumine umbes 36 g/h. Kuna inimeses kulub 1 g vee aurustamisele 0,58 kcal soojusenergiat, siis on lihtne välja arvutada, et sellistes tingimustes annab täiskasvanud inimese keha aurustumisega keskkonda umbes 20% kogu hajutatud soojusest. . Välistemperatuuri tõus, füüsilise töö sooritamine, pikaajaline soojust isoleerivas riietuses viibimine suurendab higistamist ja see võib tõusta kuni 500-2000 g/h.
Inimene ei talu suhteliselt madalat ümbritseva õhu temperatuuri (32 ° C) niiskes õhus. Täiesti kuivas õhus võib inimene viibida ilma märgatava ülekuumenemiseta 2-3 tundi temperatuuril 50-55°C. Samuti on halvasti talutavad õhukindlad riided (kumm, paks jne), mis takistavad higi aurustumist: riiete ja keha vaheline õhukiht küllastub kiiresti auruga ja higi edasine aurumine peatub.
Soojusülekande protsessil aurustamise teel, kuigi see on vaid üks termoregulatsiooni meetoditest, on üks erakordne eelis – kui välistemperatuur ületab naha keskmist temperatuuri, siis ei saa keha teiste termoregulatsiooni meetoditega väliskeskkonnale soojust anda ( kiirgus, konvektsioon ja juhtivus), mida käsitleme allpool. Nendes tingimustes hakkab keha neelama soojust väljastpoolt ja ainus viis soojuse hajutamiseks on suurendada niiskuse aurustumist keha pinnalt. Selline aurustumine on võimalik seni, kuni välisõhu niiskus jääb alla 100%. Intensiivse higistamise, kõrge õhuniiskuse ja madala õhukiiruse korral, kui higi langeb, ilma et tal pole aega aurustuda, sulandub ja keha pinnalt ära voolab, muutub soojusülekanne aurustumise teel vähem tõhusaks.
Kui higi aurustub, vabastab meie keha oma energiat. Tegelikult lõhuvad vedelad molekulid (st higi) tänu meie keha energiale molekulaarseid sidemeid ja lähevad vedelast olekusse gaasilisse olekusse. Energiat kulutatakse sidemete lõhkumisele ja selle tulemusena langeb kehatemperatuur. Külmik töötab samal põhimõttel. Tal õnnestub hoida kambris temperatuuri, mis on palju madalam kui ümbritseva õhu temperatuur. Ta teeb seda elektrit kasutades. Ja me teeme seda toidu lagunemisel saadud energia abil.
Rõivaste valiku kontrollimine võib aidata vähendada soojuskadu. Riietus tuleks valida ilmastikutingimuste ja hetketegevuse alusel. Ärge olge laisk koormuse suurenedes liigseid riideid seljast võtma. Sa higistad vähem. Ja ärge olge laisk seda uuesti selga panema, kui koormused peatuvad. Eemaldage niiskus- ja tuulekaitse, kui tuulega vihma ei saja, muidu saavad riided seest, teie higist märjaks. Ja kokkupuutel märgade riietega kaotame soojust ka soojusjuhtivuse tõttu. Vesi juhib soojust 25 korda paremini kui õhk. See tähendab, et märgades riietes kaotame soojust 25 korda kiiremini. Sellepärast on oluline hoida oma riided kuivad.
Aurustumine jaguneb kahte tüüpi:
aga) Märkamatu higistamine(ilma higinäärmete osaluseta) on vee aurustumine kopsude pinnalt, hingamisteede limaskestadelt ja läbi naha epiteeli imbumine (aurustumine nahapinnalt toimub ka siis, kui nahk on kuiv).
Päeva jooksul aurustub hingamisteede kaudu kuni 400 ml vett, s.o. organism kaotab päevas kuni 232 kcal. Vajadusel saab seda väärtust termilise õhupuuduse tõttu suurendada. Päevas imbub läbi epidermise keskmiselt umbes 240 ml vett. Seega kaotab keha sel viisil kuni 139 kcal päevas. See väärtus reeglina ei sõltu reguleerimisprotsessidest ja erinevatest keskkonnateguritest.
b) tajutav higistamine(higinäärmete aktiivsel osalusel) – See on soojuse vabanemine higi aurustumisel. Keskmiselt eraldub mugava keskkonnatemperatuuri juures 400-500 ml higi ööpäevas, seetõttu läheb ära kuni 300 kcal energiat. 75 kg kaaluva inimese 1 liitri higi aurustumine võib alandada kehatemperatuuri 10°C võrra. Vajadusel võib aga higistamise maht tõusta kuni 12 liitrini päevas, i.е. Higistades võite kaotada kuni 7000 kcal päevas.
Aurustumise efektiivsus sõltub suuresti keskkonnast: mida kõrgem on temperatuur ja madalam õhuniiskus, seda suurem on higistamise kui soojusülekande mehhanismi efektiivsus. 100% niiskuse juures on aurustumine võimatu. Kõrge õhuniiskuse korral on kõrget temperatuuri raskem taluda kui madala õhuniiskuse korral. Veeauruga küllastunud õhus (näiteks vannis) eraldub higi suurtes kogustes, kuid see ei aurustu ja voolab nahalt välja. Selline higistamine ei aita kaasa soojuse eraldumisele: soojusülekande jaoks on oluline vaid see osa higist, mis aurustub naha pinnalt (see osa higist on efektiivne higistamine).
2. Kiirgus (kiirgus):
Emissioon (kiirgus)- see on meetod soojuse ülekandmiseks keskkonda inimkeha pinnalt infrapunakiirguse (a = 5-20 mikronit) elektromagnetlainete kujul. Kiirgus annab energiat kõikidele objektidele, mille temperatuur on üle absoluutse nulli. Elektromagnetkiirgus läbib vabalt vaakumit, ka atmosfääriõhku võib selle jaoks “läbipaistvaks” pidada.
Nagu teate, kiirgab soojust iga objekt, mida kuumutatakse üle ümbritseva õhu temperatuuri. Kõik tundsid seda lõkke ääres istudes. Tuli kiirgab soojust ja soojendab ümbritsevaid esemeid. Sel juhul kaotab tuli oma kuumuse.
Inimkeha hakkab soojust kiirgama kohe, kui ümbritseva õhu temperatuur langeb alla naha pinnatemperatuuri. Vältimaks soojuskadu kiirgusest, tuleb kaitsta keha avatud piirkondi. Seda tehakse riietega. Seega tekitame riietesse õhukihi naha ja keskkonna vahele. Selle kihi temperatuur on võrdne keha temperatuuriga ja kiirguse soojuskadu väheneb. Miks soojakadu täielikult ei peatu? Sest nüüd hakkavad kuumutatud riided soojust kiirgama, kaotades selle. Ja isegi teise riidekihi selga panemine ei peata kiirgust.
Keha poolt kiirgusega keskkonda hajutatud soojushulk on võrdeline kiirguse pindalaga (keha pindala, mida riided ei kata) ning naha ja keskkonna keskmiste temperatuuride erinevusega. . Kui ümbritseva õhu temperatuur on 20°C ja suhteline õhuniiskus 40-60%, hajub täiskasvanud inimese keha kiirguse toimel ligikaudu 40-50% kogu eralduvast soojusest. Kui ümbritseva õhu temperatuur ületab naha keskmist temperatuuri, siis inimkeha soojeneb ümbritsevate objektide poolt kiiratavaid infrapunakiire neelates.
Soojusülekanne kiirgusega suureneb ümbritseva õhu temperatuuri langusega ja väheneb selle tõustes. Konstantse ümbritseva õhu temperatuuri tingimustes suureneb kehapinna kiirgus nahatemperatuuri tõustes ja väheneb selle langedes. Kui nahapinna ja keskkonna keskmised temperatuurid võrdsustada (temperatuuri erinevus võrdub nulliga), muutub soojusülekanne kiirgusega võimatuks.
Keha soojusülekannet kiirgusega on võimalik vähendada, vähendades kiirguse pindala - kehaasendi muutus. Näiteks kui koeral või kassil on külm, kõverduvad nad palliks, vähendades seeläbi soojusülekande pinda; kui on palav, võtavad loomad vastupidi positsiooni, kus soojusülekande pind suureneb maksimaalselt. Inimene ei jäeta külmas toas magades sellest füüsilise termoregulatsiooni meetodist ilma, "palliks kõverdudes".
3. Soojusjuhtivus (juhtivus):
Soojusjuhtivus (juhtivus)- see on soojusülekande viis, mis toimub kokkupuutel, inimkeha kokkupuutel teiste füüsiliste kehadega. Sel viisil keha poolt keskkonda eralduv soojushulk on võrdeline kokkupuutuvate kehade keskmiste temperatuuride erinevusega, kontaktpindade pindalaga, soojuskontakti aja ja kontakti soojusjuhtivusega. keha.
Soojuskadu juhtivuse tõttu tekib otsese kokkupuutel külma objektiga. Sel hetkel annab meie keha soojust välja. Soojuskao kiirus sõltub suuresti selle objekti soojusjuhtivusest, millega me kokku puutume. Näiteks kivi soojusjuhtivus on 10 korda kõrgem kui puidul. Seetõttu kaotame kivil istudes soojust palju kiiremini. Küllap olete märganud, et kivil istudes on kuidagi külmem kui palgil istudes.
Lahendus? Isoleerige oma keha külmadest esemetest, kasutades halbu soojusjuhte. Lihtsamalt öeldes, kui reisite näiteks mägedes, siis peatuge, istuge turismivaibale või riidekimbule. Öösel pane magamiskoti alla kindlasti ilmastikutingimustele vastav turistivaip. Või äärmisel juhul paks kiht kuiva rohtu või nõelu. Maa juhib (ja seetõttu “viib ära”) soojust hästi ja jahtub öösel kõvasti. Talvel ärge korjake metallesemeid paljaste kätega. Kasutage kindaid. Tugeva külma korral võib metallesemetelt saada lokaalseid külmakahjustusi.
Kuiv õhk, rasvkude iseloomustab madal soojusjuhtivus ja on soojusisolaatorid (halvad soojusjuhid). Riietus vähendab soojusülekannet. Soojuskadu hoiab ära vaikne õhukiht, mis jääb riiete ja naha vahele. Mida kõrgemad on rõivaste soojust isoleerivad omadused, seda peenem on selle struktuuri rakuline struktuur, mis sisaldab õhku. See seletab villase ja karusnahast rõivaste häid soojust isoleerivaid omadusi, mis võimaldab inimorganismil soojusjuhtivuse kaudu soojuse hajumist vähendada. Õhutemperatuur riiete all ulatub 30°C-ni. Ja vastupidi, alasti keha kaotab soojust, kuna õhk selle pinnal muutub pidevalt. Seetõttu on alasti kehaosade naha temperatuur palju madalam kui riietatud omadel.
Veeauruga küllastunud niisket õhku iseloomustab kõrge soojusjuhtivus. Seetõttu kaasneb inimese viibimisega madalal temperatuuril kõrge õhuniiskusega keskkonnas kehasoojuskao suurenemine. Märjad riided kaotavad ka oma isoleerivad omadused.
4. Konvektsioon:
Konvektsioon- see on keha soojusülekande meetod, mis viiakse läbi soojuse ülekandmisel õhu (vee) liikuvate osakeste kaudu. Konvektsiooni teel soojuse hajutamiseks on vaja õhuvoolu ümber kehapinna, mille temperatuur on madalam kui nahal. Samal ajal soojeneb nahaga kokkupuutuv õhukiht, väheneb selle tihedus, tõuseb ja asendub külmema ja tihedama õhuga. Tingimustes, mil õhutemperatuur on 20°C ja suhteline õhuniiskus 40-60%, hajutab täiskasvanud inimese keha soojusjuhtivuse ja konvektsiooni (põhikonvektsiooni) kaudu keskkonda umbes 25-30% soojusest. Õhuvoolude (tuul, ventilatsioon) liikumiskiiruse suurenemisega suureneb oluliselt ka soojusülekande intensiivsus (sundkonvektsioon).
Konvektsiooniprotsessi olemus seisneb järgmises- meie keha soojendab õhku naha lähedal; kuumutatud õhk muutub külmast õhust kergemaks ja tõuseb ülespoole ning see asendub külma õhuga, mis soojeneb uuesti, muutub kergemaks ja tõrjub välja järgmine külma õhu portsjon. Kui soojendatud õhku riiete abil kinni ei püüta, on see protsess lõputu. Tegelikult ei soojenda meid riided, vaid õhk, mida see hoiab.
Kui tuul puhub, olukord halveneb. Tuul kannab tohutul hulgal soojendamata õhku. Isegi siis, kui paneme selga sooja kampsuni, ei aja tuul sellest midagi välja, et sooja õhku sealt välja ajada. Sama juhtub siis, kui me liigume. Meie keha "purustub" õhku ja see voolab meie ümber, toimides nagu tuul. See mitmekordistab ka soojuskadu.
Mis on lahendus? Kandke tuulekindlat kihti: tuulejope ja tuulekindlad püksid. Ärge unustage kaitsta oma kaela ja pead. Tänu aju aktiivsele vereringele on kael ja pea kõige kuumenenud kehaosad, mistõttu nende soojuskadu on väga suur. Samuti tuleks külmal ajal vältida tuulisi kohti nii sõidu ajal kui ka magamiskohta valides.
Keemiline termoregulatsioon:
Keemiline termoregulatsioon soojuse teke toimub lihaste mikrovibratsiooni (võnkumiste) põhjustatud ainevahetuse taseme (oksüdatiivsete protsesside) muutumise tõttu, mis toob kaasa muutuse soojuse moodustumisel kehas.
Soojuse allikaks kehas on valkude, rasvade, süsivesikute eksotermilised oksüdatsioonireaktsioonid, samuti ATP hüdrolüüs (adenosiintrifosfaat on nukleotiid, mis mängib organismis üliolulist rolli energia ja ainete ainevahetuses; esiteks ennekõike on see ühend tuntud kui universaalne energiaallikas kõigi elussüsteemides toimuvate biokeemiliste protsesside jaoks). Toitainete lagunemisel osa vabanenud energiast akumuleerub ATP-sse, osa hajub soojuse kujul (primaarsoojus on 65-70% energiast). ATP molekulide suure energiaga sidemete kasutamisel läheb osa energiast kasuliku töö tegemiseks ja osa hajub (sekundaarne soojus). Seega on kaks soojusvoogu – primaarne ja sekundaarne – soojuse tootmine.
Keemiline termoregulatsioon on oluline püsiva kehatemperatuuri hoidmiseks nii tavatingimustes kui ka ümbritseva õhu temperatuuri muutumisel. Inimestel täheldatakse ainevahetuse intensiivsuse suurenemise tõttu soojuse tekke suurenemist, eriti kui ümbritseva õhu temperatuur langeb optimaalsest temperatuurist või mugavustsoonist. Tavalises heledas riietuses inimesel jääb see tsoon vahemikku 18-20°C ja alasti inimesel 28°C.
Optimaalne temperatuur vees viibimise ajal on kõrgem kui õhus. Selle põhjuseks on asjaolu, et kõrge soojusmahtuvuse ja soojusjuhtivusega vesi jahutab keha 14 korda rohkem kui õhk, mistõttu jahedas vannis kiireneb ainevahetus oluliselt rohkem kui sama temperatuuriga õhuga kokkupuutel.
Kõige intensiivsem soojuse teke kehas toimub lihastes. Isegi kui inimene lamab liikumatult, kuid pinges lihastega, suureneb oksüdatiivsete protsesside intensiivsus ja samal ajal soojuse teke 10%. Väike füüsiline aktiivsus suurendab soojuse tootmist 50–80% ja raske lihastöö - 400–500%.
Keemilises termoregulatsioonis mängivad olulist rolli ka maks ja neerud. Maksa veeni veretemperatuur on kõrgem kui maksaarteri veretemperatuur, mis viitab intensiivsele soojuse tekkele selles elundis. Kui keha jahutatakse, suureneb soojuse tootmine maksas.
Kui on vaja soojuse tootmist suurendada, siis lisaks väljastpoolt soojuse saamise võimalusele kasutatakse kehas mehhanisme, mis suurendavad soojusenergia tootmist. Need mehhanismid hõlmavad kontraktiilne Ja värisematu termogenees.
1. Kontraktiilne termogenees.
Seda tüüpi termoregulatsioon toimib siis, kui meil on külm ja meil on vaja kehatemperatuuri tõsta. See meetod on lisatud lihaste kokkutõmbumine. Lihaste kokkutõmbumisel suureneb ATP hüdrolüüs, mistõttu suureneb sekundaarse soojuse vool, mis läheb keha soojendamiseks.
Lihaseaparaadi meelevaldne tegevus esineb peamiselt ajukoore mõjul. Samal ajal on soojuse tootmise suurenemine võimalik 3-5 korda võrreldes põhivahetuse väärtusega.
Tavaliselt, kui söötme temperatuur ja vere temperatuur langevad, on esimene reaktsioon termoregulatsiooni tooni tõus(kehal karvad “tõusevad püsti”, tekivad “hanenahad”). Kokkutõmbumise mehaanika seisukohalt on see toon mikrovibratsioon ja võimaldab suurendada soojuse tootmist 25-40% esialgsest tasemest. Tavaliselt osalevad toonuse loomisel kaela-, pea-, kehatüve- ja jäsemete lihased.
Märkimisväärsema hüpotermia korral muutub termoregulatsiooni toon spetsiaalseks lihaste kontraktsiooniks - lihaste külmavärinad, mille puhul lihased ei tee kasulikku tööd ja nende kokkutõmbumine on suunatud üksnes soojuse tekitamisele.Külmvärinad on pindmiselt paiknevate lihaste tahtmatu rütmiline tegevus, mille tulemusena paranevad oluliselt organismi ainevahetusprotsessid, hapniku ja süsivesikute hulk lihaskoes suureneb, mis toob kaasa soojuse tootmise suurenemise. Värisemine algab sageli kaela, näo lihastest. See on tingitud asjaolust, et esiteks peaks ajju voolava vere temperatuur tõusma. Arvatakse, et külmavärina ajal on soojuse tootmine 2-3 korda suurem kui vabatahtliku lihastegevuse ajal.
Kirjeldatud mehhanism töötab refleksi tasemel, ilma meie teadvuse osaluseta. Kuid kehatemperatuuri saate tõsta abiga teadlik motoorne aktiivsus. Erineva võimsusega kehalise tegevuse sooritamisel suureneb soojuse tootmine võrreldes puhketasemega 5-15 korda. Pikaajalise töö esimese 15-30 minuti jooksul tõuseb sisetemperatuur üsna kiiresti suhteliselt statsionaarsele tasemele ja jääb seejärel sellele tasemele või jätkab aeglaselt tõusu.
2. Mitte värisev termogenees:
Seda tüüpi termoregulatsioon võib põhjustada nii kehatemperatuuri tõusu kui ka langust. See viiakse läbi kataboolsete metaboolsete protsesside (rasvhapete oksüdatsiooni) kiirendamise või aeglustamise teel. Ja see omakorda toob kaasa soojuse tootmise vähenemise või suurenemise. Seda tüüpi termogeneesi tõttu võib inimese soojuse tootmise tase tõusta 3 korda võrreldes põhiainevahetuse tasemega.
Mitteväriseva termogeneesi protsesside reguleerimine toimub sümpaatilise närvisüsteemi, kilpnäärmehormoonide tootmise ja neerupealise medulla aktiveerimise kaudu.
E. Termoregulatsiooni juhtimine.
Hüpotalamus.
Termoregulatsioonisüsteem koosneb paljudest omavahel seotud funktsioonidega elementidest. Teave temperatuuri kohta pärineb termoretseptoritest ja siseneb närvisüsteemi abil ajju.
Mängib olulist rolli termoregulatsioonis hüpotalamus. See sisaldab termoregulatsiooni peamisi keskusi, mis koordineerivad arvukaid ja keerulisi protsesse, mis tagavad kehatemperatuuri säilimise konstantsel tasemel.
Hüpotalamus- See on väike vahekeha piirkond, mis hõlmab suurt hulka rakurühmi (üle 30 tuuma), mis reguleerivad aju neuroendokriinset aktiivsust ja organismi homöostaasi (võimet säilitada oma sisemise seisundi püsivust). Hüpotalamus on närviteede kaudu ühendatud peaaegu kõigi kesknärvisüsteemi osadega, sealhulgas ajukoore, hipokampuse, amügdala, väikeaju, ajutüve ja seljaajuga. Hüpotalamus moodustab koos hüpofüüsiga hüpotalamuse-hüpofüüsi süsteemi, milles hüpotalamus kontrollib hüpofüüsi hormoonide vabanemist ning on keskseks lüliks närvi- ja endokriinsüsteemi vahel. See eritab hormoone ja neuropeptiide ning reguleerib selliseid funktsioone nagu nälg ja janu, keha termoregulatsioon, seksuaalkäitumine, uni ja ärkvelolek (tsirkadiaanrütmid). Hiljutised uuringud näitavad, et hüpotalamus mängib olulist rolli kõrgemate funktsioonide, nagu mälu ja emotsionaalse seisundi, reguleerimisel ning osaleb seega käitumise erinevate aspektide kujunemises.
Hüpotalamuse keskuste hävimine või närviühenduste katkemine viib kehatemperatuuri reguleerimise võime kaotuseni.
Eesmine hüpotalamus sisaldab neuroneid, mis kontrollivad soojusülekannet.(need tagavad füüsilise termoregulatsiooni - vasokonstriktsioon, higistamine).Eesmise hüpotalamuse neuronite hävimisel ei talu organism kõrgeid temperatuure, kuid füsioloogiline aktiivsus säilib külmades tingimustes.
Tagumise hüpotalamuse neuronid kontrollivad soojuse tootmise protsesse(need tagavad keemilise termoregulatsiooni – suurenenud soojuse teke, lihaste värinad) Kahjustuse korral on energiaainevahetuse suurendamise võime häiritud, mistõttu organism ei talu külma hästi.
Hüpotalamuse preoptilise piirkonna termosensitiivsed närvirakud "mõõdavad" otseselt aju läbiva arteriaalse vere temperatuuri ja on väga tundlikud temperatuurimuutuste suhtes (need suudavad eristada 0,011°C veretemperatuuri erinevust). Külma- ja kuumatundlike neuronite suhe hüpotalamuses on 1:6, seega aktiveeruvad valdavalt tsentraalsed termoretseptorid, kui inimkeha "tuuma" temperatuur tõuseb.
Vere ja perifeersete kudede temperatuuri väärtust käsitleva teabe analüüsi ja integreerimise põhjal määratakse hüpotalamuse preoptilises piirkonnas pidevalt kehatemperatuuri keskmine (integraalne) väärtus. Need andmed edastatakse interkalaarsete neuronite kaudu eesmise hüpotalamuse neuronite rühmale, mis seavad kehas teatud kehatemperatuuri taseme - termoregulatsiooni "seadepunkti". Keskmise kehatemperatuuri väärtuste ja reguleeritava temperatuuri seatud väärtuse analüüsi ja võrdluse põhjal mõjutavad "seadepunkti" mehhanismid hüpotalamuse tagumise efektorneuronite kaudu soojusülekande protsesse või soojuse tootmine, et viia tegelik ja seatud temperatuur vastavusse.
Seega tekib tänu termoregulatsioonikeskuse funktsioonile tasakaal soojuse tootmise ja soojusülekande vahel, mis võimaldab hoida kehatemperatuuri keha eluea jooksul optimaalsetes piirides.
Endokriinsüsteem.
Hüpotalamus juhib soojuse tootmise ja soojusülekande protsesse, saates närviimpulsse sisesekretsiooninäärmetesse, peamiselt kilpnäärmesse ja neerupealistesse.
Osalemine kilpnääre termoregulatsioonis on tingitud asjaolust, et madala temperatuuri mõjul suureneb selle hormoonide (türoksiin, trijodotüroniin) vabanemine, mis kiirendavad ainevahetust ja sellest tulenevalt ka soojuse teket.
Roll neerupealised seotud katehhoolamiinide (adrenaliin, norepinefriin, dopamiin) vabanemisega verre, mis suurendavad või vähendavad oksüdatiivseid protsesse kudedes (näiteks lihastes) suurendavad või vähendavad soojuse tootmist ja ahendavad või suurendavad naha veresooni, muutes soojuse taset. üleandmine.
Miks on inimesel külm, aga konn, isegi Mont Blancil, ei vaja sulejope? Kas kananahk hoiab meid soojas ja mille eest peaks homöostaas rõivatootjatele tänulik olema?
Kes meist raske seljakotiga mäkke ronides ei nurisenud liiga soojade riiete pärast? Ja siis, õhtul, ei proovinud end selles lõkke ääres soojendada? Miks võib ühes jopes olla nii külm kui kuum ning kuidas mõjutab kliimamugavustunnet välistemperatuur või kehalise aktiivsuse intensiivsus? Sellest, miks riided soojad on, rääkisime artiklis. Selles artiklis räägime sellest, miks inimene üldse riideid vajab ja miks ta peaks teda soojendama.
Hollandlane Wim Hof, hüüdnimega "Jäämees", sai kuulsaks oma nõrga külmatundlikkusega. Ta püstitas mitmeid rekordeid, mis on seotud inimese ülikülmas viibimise kestusega. Iceman veetis 72 minutit külma vee ja jääga anumas, ronis paljajalu Prantsusmaa Mont Blancile ja tegi veel palju "külmaverelisi" tegusid, mis on enamikule tavainimestele kättesaamatud.
Erinevalt Wim Hofist ei roni teine elusolend - tavaline konn - Mont Blancile, vaid teeb kogu aeg muid madala temperatuuriga tegusid, mis aga kuulsaks ei tee. Võib muidugi eeldada, et erinevalt konnast õnnestus Jäämehel suhtekorraldus, kuid tõde on erinev. Konn, nagu paljud teised loomamaailma ja kalade esindajad, on külmavereline olend. Inimene, vastupidi, kuulub üsna suurde soojavereliste rühma. Külma- ja soojaverelised organismid kohanevad keskkonnaga ja reageerivad muutuvatele temperatuuritingimustele erinevalt.
XIX sajandil järeldas prantsuse arst Claude Bernard (Claude Bernard) põhimõtted, mis seejärel moodustasid teooria aluse. homöostaas. Selle teooria kohaselt moodustab elusorganism keskkonnaga ühtse energiasüsteemi ja püüab säilitada oma sisekeskkonna püsivust.
Evolutsioon on pakkunud erinevaid võimalusi organismi ja keskkonna harmoonia tagamiseks. Näiteks meile juba tuttav konn otsustas lahedalt, et tema kehatemperatuur on peaaegu sama, mis teda ümbritseva vee ja õhu oma. Selle tulemusena elab konn normaalselt oma konnakeha temperatuuril 0–25 kraadi Celsiuse järgi. Loomad, nagu konnad, on tugeva temperatuurilangusega võimelised langema anabioosi - seisundisse, kus organismi elutegevus aeglustub peaaegu täielikult. Mõned neist loomadest, näiteks Siberi salamandrid, magavad isegi jääplokis talveunes, külmudes kevadeni koos veekoguga, milles nad ujusid. Seda keskkonnatingimustega kohanemise viisi nimetatakse konformatsiooniline.
Siberi salamander võib jääplokis talveunne jääda, külmudes koos veega, milles ta ujus
Inimene, erinevalt konnast, toimib normaalselt ainult siis, kui tema enda keha temperatuur on konstantne ega muutu koos keskkonna temperatuuriga. Seda kohanemist nimetatakse regulatiivsed ja see saavutatakse väljatöötatud füsioloogilise termoregulatsioonisüsteemi abil, mis kontrollib soojusülekannet. See süsteem jälgib inimkeha sisetemperatuuri ja kui see ühes või teises suunas kaldub tavapärasest 37 ºС kõrvale, käivitatakse korrektsioonimehhanismid. Värisemine külmas või higistamine kuumas on selliste mehhanismide töö välised ilmingud.
Mõlemal homöostaasi variandil on oma eelised ja puudused. Külmaverelised loomad muudavad oma "elustiili" sõltuvalt välistingimustest ja taluvad madalat temperatuuri pikka aega, vähendades oma aktiivsust peaaegu nullini. Soojaverelised, vastupidi, kulutavad märkimisväärselt energiat stabiilse sisemise kehatemperatuuri hoidmiseks, kuid see võimaldab neil säilitada oma tavapärast tegevust üsna laias välistemperatuuri vahemikus.
Soojusvahetus
Mis on soojusülekanne? Milleks kõik see higistamisega piinamine või vastupidi, mis on nahale hanenahas meeldivat?
Soojusülekanne on soojuse ülekandmine kuumemalt kehalt külmemale. Sellisel protsessil on alati üks suund ja see on pöördumatu. See tähendab, et kuumutatud triikrauast pükstele on soojusülekanne võimalik, kuid püksid ei saa soojust üle kanda kuumutatud triikrauale. Soojusülekande protsess on põhimõtteliselt sarnane vedeliku käitumisega suhtlevates anumates: vedelik voolab ühest anumast teise, kuni vedelike tase kahes suhtlevas anumas muutub samaks. Samamoodi kandub soojus rohkem kuumenenud kehalt vähem kuumutatud kehale, kuni nende temperatuur muutub samaks.
Kolm tüüpi soojusülekannet
Soojusülekanne jaguneb tavaliselt kolmeks: soojusjuhtivus, kiirgussoojusülekanne ja konvektsioon.
1. Soojusjuhtivus on soojuse otsene ülekandmine rohkem kuumutatud soojuselt vähem kuumutatud soojusele. Kuum kohv kannab soojust tassile ja tass soojust kätele. Seda jätkatakse seni, kuni joogi, tassi ja käte temperatuur on võrdne. Ja vastupidi, kui anum joogiga on külm (näiteks klaas konjakit), siis kandub soojus vastupidises suunas – kätelt joogile. Tänu soojusjuhtivusele muutub hea konjak kuumutamisel väga heaks.
Külmad kõrvad ei ole lolli tunnus. Nii on iga inimene
Inimkeha ei anna oma soojust mitte ainult konjakile, vaid ka keskkonnale – õhule või muudele külmadele objektidele, millega inimene kokku puutub. Inimkeha erinevad piirkonnad teevad seda erineval viisil. Näiteks ülemine osa, eriti pea ja kael, eraldavad palju soojust, samas kui jalad ja kehapiirkonnad, kus on palju nahaalust rasva, seda ei tee. Muide, sellepärast külmuvad hästi toidetud inimesed vähem kui kõhnad.
2. Kiirgussoojusülekanne on soojusülekande variant ilma kehade otsese kokkupuuteta. Seega soojendab meid päike või mõni muu kuumenenud objekt, mida isegi puudutamata võib öelda, et sellest tuleb soojus.
Päike soojendab meid eemalt kiirgava soojusülekande kaudu.
3. Konvektsioon on teatud tüüpi soojusülekanne, mis toimub sama aine liikuvate voogude kaudu. Tänu konvektsioonile seguneb vesi tulel seisvas veekeetjas. Sama juhtub sooja õhuga riiete all. Mööda keha tõustes ja õue minnes annab see teed tänavalt tulevale õhule ja me hakkame külmetama.
Konvektsiooni tüübid veekeetjas ja turist
Soojusvahetuse reguleerimismehhanismide roll
Inimkeha sisetemperatuuri hoiab soojuse tootmine- soojuse tootmine ainevahetuse ja lihaste aktiivsuse ajal. Terve keha seda temperatuuri ei märka, aga juba väike poolekraadine muutus on põhjus voodisse sättida, vaikust, hõõgveini ja tasustatud haiguslehte nõuda.
Kuid inimese jaoks pole vähem oluline tema keskkonna temperatuur.
Alasti inimene suudab töötada pikka aega ja tõhusalt ainult üsna kitsas ümbritseva õhu temperatuurivahemikus - 27 ºС. Kui ümbritseva õhu temperatuur tõuseb üle 27 kraadi, tekib hüpertermia (ülekuumenemise) oht. Sellistel juhtudel suurendab inimese termoregulatsioonisüsteem soojusülekannet higinäärmete poolt toodetud niiskuse aurustumise tõttu. Lisaks jaotub verevool ümber siseorganitest keha välispinnale.
Ja vastupidi, kui ümbritseva õhu temperatuur langeb märgatavalt ja pidevalt alla 27 kraadi, lülitab keha sisse termoregulatsioonimehhanismid, mis vähendavad soojuskadu ja suurendavad soojuse tootmist.
Need mehhanismid hõlmavad järgmist:
Värisemine on lihaste kiire tahtmatu kokkutõmbumine, mille käigus eraldub soojust siseorganite soojendamiseks.
Vere väljavool keha väliselt jahutatud pinnalt. Selline väljavool ei lase verel siseorganite tööks vajalikku soojust välja anda. See mõju avaldub eelkõige sõrmede ja varvaste külmumisena.
Hanenahk on hanenahk, mis tekib nahal karvade asukoha eest vastutavate mikrolihaste pingest. Inimestel on see esivanemate pärand klassikaline atavism, kuid meie esivanematel tõstsid need lihased juukseid, suurendades juuksepiiri kõrgust. See hoidis õhku vastu nahka, mis soojusisolaatorina vähendas soojuskadu.
Termoregulatsiooni võimalused ei ole aga piiramatud ning keskkonna temperatuuri edasise pideva languse korral on oht erinevateks häireteks organismi talitluses, tekivad alajahtumise (hüpotermia) sümptomid, ebamugavustunne, kõhutunne. ilmuvad "külmumine". Seega, kui temperatuuritingimused lähevad üle teatud piiride, muutuvad keha enda võimalused ebapiisavaks ja inimene vajab kõrvalist abi. Inimese üks peamisi abilisi soojusmugavuse tagamisel on riietus. Kuidas see täpselt aitab, lugege materjalist "Kes soojendab sooja riideid".
Kokkuvõte:
- Riietus on üks peamisi viise soojusliku mugavuse tagamiseks paljudes ümbritseva õhu temperatuuride vahemikus.
Inimese võimet säilitada stabiilne keha seisund koos keskkonna muutustega nimetatakse homöostaasiks.
Inimene on soojavereline olend ja toimib normaalselt ainult sisetemperatuuril 37 ºС ja välistemperatuuril 27 ºС.
Kui need temperatuurid ühes või teises suunas muutuvad, lülituvad sisse inimkeha loomuliku termoregulatsiooni mehhanismid, mis suurendavad või vastupidi nõrgendavad soojusülekannet.
Loomuliku termoregulatsiooni võimalused on piiratud ning ümbritseva keskkonna temperatuuri olulise muutusega võib inimesel tekkida alajahtumine või ülekuumenemisprobleemid.
Inimese kehatemperatuuri hoitakse teatud tasemel, sõltumata ümbritseva õhu temperatuurist. Konstantse temperatuuri hoidmise tagab soojuse tekke ja soojusülekande reguleerimine. Soojuse teke kehas toimub toitainete oksüdeerumise tulemusena pidevalt kõigis elundites. Lihastes tekib suur hulk soojust, eriti füüsilise töö ajal. Ainevahetuse ja soojuse tekke vahel on otsene seos: ainevahetuse suurenemisega kaasneb soojuse tekke suurenemine ja vastupidi, ainevahetuse vähenemisega soojuse teke väheneb. Soojuse tekke reguleerimine taandub ainevahetuse muutumisele. Niisiis, ümbritseva õhu temperatuuri langusega suureneb ainete metabolism ja sellest tulenevalt ka soojuse moodustumine. Hea näide sellest sõltuvusest on lihaste värisemine keha jahutamisel. Vastavate naharetseptorite ärritus külmaga põhjustab lihaste reflekskontraktsiooni, millega kaasneb nende ainevahetuse kiirenemine ja soojuse tekke suurenemine.
Samaaegselt soojuse tekkega toimub soojusülekande protsess. Läbi elundite voolav veri soojeneb ja annab seejärel keskkonda liigse soojuse. Soojusülekanne toimub peamiselt läbi naha kiirguse ja soojusjuhtimise teel, samuti higi aurustumisel. Osa soojusest antakse välja väljahingatavas õhus, uriinis ja väljaheites. Kiirgus ja soojusjuhtivus läbi naha toimub ainult siis, kui ümbritseva õhu temperatuur on kehatemperatuurist madalam. Kõrge õhutemperatuuri korral eraldub soojust peamiselt või eranditult higistamise tagajärjel. Soojusülekande reguleerimine põhineb suuresti naha veresoontes voolava vere mahu muutumisel ja higistamise intensiivsusel. Niisiis, naha veresoonte laienemise ja verevoolu suurenemisega soojusülekanne suureneb ning nende ahenemise ja verevoolu vähenemisega väheneb.
Soojuse tekke ja soojusülekande protsessi reguleerib närvisüsteem. Neid protsesse mõjutab termoregulatsiooni keskus ("termiline keskus"), mis asub aju vahepealses osas. Loomkatsetes on kindlaks tehtud, et selle ajupiirkonna mehaaniline (torkimine spetsiaalse nõelaga) või elektriline stimulatsioon põhjustab kehatemperatuuri tõusu.
Tavaliselt tekib termilise keskuse erutus naha temperatuuriretseptorite ärrituse tagajärjel ja keskusesse voolava vere temperatuuri mõjul. Näiteks kui naha retseptoreid ärritab külm, edastatakse neis tekkivad impulsid termoregulatsiooni keskpunkti. Samal ajal võib soojuskeskust ümbritseva vere temperatuur mõnevõrra muutuda. Vastuseks nendele ärritustele avaldab termiline keskus kahte tüüpi mõju: ainevahetuse suurenemine kudedes, mis suurendab soojuse tootmist, ja naha veresoonte ahenemine, mis viib aktiivse soojusülekande vähenemiseni. Selle tulemusena ei toimu keha jahutamist.
Terve inimese organismis valitseb soojuse tekke ja soojuskao vahel tasakaal: soojust eraldub keskkonda nii palju, kui palju seda tekib. Tänu sellele soojuse tekke ja soojusülekande vastavusele püsib kehatemperatuur samal tasemel.
Terve inimese keskmine kehatemperatuur, mõõdetuna kaenla alt, jääb vahemikku 36,5–36,9 °. Imikutel määratakse kehatemperatuur pärasooles (37–37,5 °). Päeva jooksul on väikesed temperatuurikõikumised, millel on teatud muster. Madalaimat temperatuuri täheldatakse 4 kuni 6 tundi, kõrgeimat - 16 kuni 18 tundi. Erinevatel kellaaegadel tehtud temperatuurimõõtmiste järgi saab koostada ööpäevase temperatuurikõvera.
Paljude haigustega kaasneb kehatemperatuuri tõus, mis on seletatav termoregulatsiooni rikkumisega. Kehatemperatuuri tõus üle 41 ° on kehale ohtlik, kuna elutähtsad protsessid on häiritud (need on võimalikud ainult teatud temperatuuripiirangute korral). Kõrge kehatemperatuuri korral toimub ainevahetuse järsk tõus: suureneb organismi enda valkude lagunemine (negatiivne lämmastiku tasakaal), südame löögisageduse tõus ja sellega kaasnev vererõhu tõus, hingamine jne. kehatemperatuuri täheldatakse intensiivse lihastöö ajal, eriti kõrge õhutemperatuuri tingimustes. Sel juhul võib inimesel tekkida kuumarabandus.
Mõnel juhul, näiteks pikaajalisel jahutamisel, on kehatemperatuur normist madalam. Kehatemperatuuri langus (hüpotermia) on mõnikord põhjustatud kunstlikult kirurgiliste sekkumiste ajal (näiteks südameoperatsioonide ajal). See toob kaasa ainevahetuse vähenemise organismis ja kudede hapnikuvajaduse vähenemise. Sellistes tingimustes taluvad kuded hapnikupuudust veres pikema aja jooksul.
