Câtă căldură este generată în organism atunci când... Mecanismul de reglare a căldurii în corpul uman. Dispozitive medicale pentru măsurarea temperaturii corpului

Setul de mecanisme fiziologice care reglează temperatura corpului se numește sistem de termoreglare fiziologică.
Formarea căldurii în organism. Căldura din organism se formează ca urmare a oxidării nutrienților în timpul descompunerii proteinelor, grăsimilor și carbohidraților. Energia care era ascunsă anterior în ele este eliberată, consumată și în cele din urmă restituită organismului sub formă de căldură.
Locul unde are loc în principal producția de căldură este mușchii. Acest proces are loc chiar și atunci când o persoană este complet în repaus. Mișcările minore ale mușchilor contribuie deja la o mai mare formare a căldurii, iar la mers, cantitatea acesteia crește cu 60-80%. În timpul lucrului muscular, generarea de căldură crește de 4-5 ori. Pe lângă mușchii scheletici, generarea de căldură are loc în stomac, intestine, ficat, rinichi și alte organe.
Formarea căldurii în organism este însoțită de eliberarea acesteia. Corpul pierde atâta căldură cât o generează, altfel persoana ar muri în câteva ore.
Aceste procese complexe de reglare a formării și eliberării căldurii de către organism se numesc termoreglare și sunt efectuate printr-o serie de mecanisme adaptative, pe care le vom lua în considerare acum.
Reglarea generării și transferului de căldură. Temperatura corpului rămâne constantă datorită faptului că atât formarea, cât și eliberarea căldurii sunt reglate în organism.
Căldura este consumată de organism în moduri diferite. Principala modalitate de transfer de căldură este pierderea de căldură prin conducție, adică încălzirea aerului înconjurător și a radiațiilor; in plus, caldura se consuma cu aerul expirat, pentru evaporarea transpiratiei etc.
În consecință, temperatura corpului uman rămâne constantă datorită faptului că, pe de o parte, intensitatea proceselor oxidative, adică formarea căldurii, este reglată, iar pe de altă parte, intensitatea și volumul transferului de căldură. Aceste două metode de reglare se numesc termoreglare chimică și fizică.
Termoreglarea chimică este înțeleasă ca o modificare a ratei metabolice sub influența mediului. Există o anumită relație între temperatura aerului și metabolismul din organism. Astfel, pe măsură ce temperatura aerului scade, formarea de căldură în organism crește.
Cea mai mare parte a căldurii este generată în mușchi. La frig, mușchii tremură. Când temperatura ambiantă scade, receptorii pielii care percep stimularea temperaturii sunt iritați: în ei apare o excitație, care merge spre sistemul nervos central și de acolo către mușchi, făcându-i să se contracte. Astfel, tremurul si frisoanele pe care le traim in timpul sezonului rece sau intr-o camera rece sunt acte reflexe care contribuie la cresterea metabolismului si, in consecinta, la cresterea productiei de caldura. Metabolismul crescut apare sub influența frigului, chiar și atunci când nu există mișcare musculară.
O cantitate semnificativă de căldură este generată și în organele abdominale - în ficat și rinichi. Acest lucru poate fi observat prin măsurarea temperaturii sângelui care curge către și din ficat. Se dovedește că temperatura sângelui care curge este mai mare decât temperatura sângelui care intra. În consecință, sângele a devenit mai cald pe măsură ce curgea prin ficat.
Pe măsură ce temperatura aerului crește, generarea de căldură în organism scade.
Termoreglarea fizică. Când temperatura ambientală crește sau scade, nu numai că are loc o modificare a proceselor de oxidare, adică generarea de căldură, ci și transferul de căldură, iar când temperatura scade, transferul de căldură scade, iar când crește, crește.
Căldura este emisă de corp în principal prin conducție și radiație, și doar o parte din ea prin alte căi. Astfel, transferul de căldură prin conducție reprezintă 31% din căldura totală generată în organism, prin radiație - 44%, odată cu evaporarea apei de către piele, se pierde 10%, cu evaporarea apei de către plămâni - 12%, 3% din căldură este cheltuită pentru încălzirea aerului inhalat și a urinei și fecalelor excretate.
Prin conducție, corpul pierde căldură prin încălzirea aerului din jur și a obiectelor cu care intră în contact. Un alt mod de transfer de căldură este radiația de căldură. Asta se intampla
încălzirea obiectelor aflate la o oarecare distanţă de corp.
Cum se produce schimbarea transferului de căldură? Expansiunea și contracția vaselor de sânge ale pielii joacă un rol major în transferul de căldură. Toată lumea știe că în aerul rece, înghețat, pielea unei persoane devine palidă, iar atunci când aerul este încălzit și fierbinte, devine roșie.
Schimbarea culorii pielii se datorează faptului că, sub influența frigului, vasele de sânge, în primul rând arteriolele, se îngustează. Ca urmare, fluxul de sânge la suprafața corpului scade și, în consecință, transferul de căldură prin conducție și radiație scade.
Sub influența căldurii, vasele de sânge ale pielii se dilată, sângele curge din abundență la suprafața corpului, ceea ce îmbunătățește conducția și radiația căldurii. În acest fel, căldura este eliberată în mediu doar atunci când temperatura aerului este mai mică decât temperatura corpului. Cu cât diferența dintre temperatura pielii și temperatura aerului este mai mică, cu atât mai puțină căldură este eliberată în mediu. În acest caz, transpirația joacă un rol important. Când 1 g de transpirație se evaporă, se pierde 0,58 kcal. Deoarece transpirația și evaporarea au loc continuu la orice temperatură, numărul de calorii pe care o persoană le pierde depinde de intensitatea transpirației. La temperatura medie, o persoană pierde aproximativ 800 ml de transpirație pe zi. Pierderea acestei cantități de transpirație consumă 450-500 kcal. Pe măsură ce temperatura crește, producția de transpirație crește și ajunge uneori la câțiva litri.
Cea mai mare cantitate de transpirație este produsă în cazurile în care temperatura aerului este egală sau mai mare decât temperatura corpului. În aceste condiții, transferul de căldură prin radiație este imposibil și, prin urmare, se consumă în principal prin transpirație.
În țările fierbinți sau în încăperi fierbinți, unde temperatura aerului este de 37°C sau puțin mai mare, căldura este eliberată doar prin evaporare. În același timp, o persoană produce până la 4,5 litri de transpirație în timpul zilei, ceea ce asigură un randament de 2400-2800 kcal.
O cantitate mare de transpirație se pierde în timpul muncii fizice, iar acest lucru se întâmplă la orice temperatură. Se estimează că, în timpul unei munci deosebit de grele, o persoană pierde până la 9 litri de transpirație pe zi și astfel renunță la până la 5000 kcal prin evaporare.
Transpirația depinde în mare măsură de saturația aerului cu vapori de apă. În condiții de temperatură egală, o mai mare evaporare a transpirației și, prin urmare, o pierdere mai mare de căldură, este asigurată în condiții de conținut scăzut de vapori de apă în aer. Prin urmare, căldura este ușor de tolerat în locurile în care aerul este mai uscat.
Evaporarea transpirației este împiedicată de îmbrăcăminte impermeabilă (cauciuc, costum anti-susceptibilitate etc.). O persoană care poartă astfel de haine transpira chiar și în frig, deoarece în jurul său se creează un strat constant de aer, care nu este reînnoit din cauza lipsei de ventilație. Acest strat de aer este saturat cu vapori, ceea ce previne evaporarea în continuare a transpirației. Prin urmare, șederea pe termen lung în aceste costume este imposibilă, deoarece provoacă o creștere a temperaturii corpului.
În țările fierbinți, atelierele fierbinți și în timpul drumețiilor lungi, o persoană pierde o cantitate mare de transpirație. Apare setea, dar apa nu o stinge; dimpotrivă, cu cât o persoană bea mai multă apă, cu atât transpiră mai mult și setea îi devine mai puternică.
În același timp cu transpirația, sărurile se pierd, deci este nevoie să refaceți nu numai pierderea de apă, ci și pierderea sărurilor. În acest scop, în apa de băut se adaugă sare de masă 0,5%. Această apă ușor sărată se dă în magazine fierbinți, în timpul drumețiilor lungi etc. Potolește setea și îmbunătățește starea de bine.
Respirația joacă un rol în transferul de căldură. Căldura este cheltuită pentru evaporarea apei de către plămâni și parțial pentru încălzirea aerului inhalat. La frig, apare o încetinire reflexă a respirației, iar la temperaturi ridicate, respirația devine mai frecventă, apare așa-numita dispnee termică.
Pentru un transfer mai bun de căldură, circulația aerului este de mare importanță. Când aerul este în mișcare, în apropierea corpului nu se creează un strat constant de aer încălzit și saturat cu vapori. Aceasta este importanța ventilatoarelor, ventilatoarelor etc. Îmbrăcămintea creează un strat staționar de aer și, prin urmare, împiedică transferul de căldură.
Grăsimea subcutanată previne transferul de căldură. Cu cât stratul de grăsime este mai gros, cu atât se face mai rău. Prin urmare, persoanele cu un strat gros de grăsime în țesutul subcutanat tolerează mai ușor frigul decât persoanele slabe.
Temperatura corpului uman este constantă. Se măsoară la axilă sau rect (la sugari). Temperatura medie la axilă variază între 36,5-36,9 ° C, în rect - puțin mai mare (37,2-37,5 C). Temperatura organelor interne este mai mare decât temperatura medie a corpului, de exemplu temperatura ficatului este de 38-38,5°C. Temperatura corpului uman fluctuează pe parcursul zilei. Cel mai mic este la 3-4 ore
nopți, apoi crește treptat, atingând punctul maxim la ora 16:00 și începe din nou să scadă. Fluctuațiile de temperatură apar cu 0,5°C față de valoarea medie.
Temperatura corpului poate crește brusc în timpul lucrului muscular și poate ajunge la 38-39°C sau chiar 40°C. După oprirea lucrării, aceasta scade rapid și atinge o valoare normală.
Constanța temperaturii corpului este menținută prin cele două mecanisme deja descrise: termoreglarea chimică și fizică. Cu toate acestea, capacitățile corpului uman sunt limitate și, în anumite condiții, aceste mecanisme sunt insuficiente. Apoi se încalcă constanta temperaturii și se observă fie creșterea, fie scăderea acesteia. O creștere a temperaturii peste normal se numește febră. Febra poate apărea deoarece producția de căldură crește fără modificări ale transferului de căldură sau, dimpotrivă, generarea de căldură rămâne neschimbată, iar transferul de căldură scade.
O scădere a temperaturii la 32-33°C, precum și o creștere peste 42-43°C, duce la moarte.
Centre de termoreglare. Centrul de termoreglare, numit centru termic, este situat în diencefal. Activitatea sa este determinată de doi factori: temperatura sângelui și efectele reflexe. Dacă temperatura sângelui de spălare a diencefalului crește, atunci centrul de termoreglare este excitat și apar modificări în activitatea corpului care contribuie la scăderea acestuia. Când temperatura sângelui scade, centrul generator de căldură reacționează în așa fel încât intensitatea proceselor care contribuie la creșterea temperaturii crește.
O altă metodă de excitare este efectele reflexe. Când este expus la fluctuații de temperatură pe pielea umană, excitația are loc în receptori, care intră în centrul termic. De acolo, impulsurile ajung la organele asociate cu generarea de căldură (mușchi, ficat etc.) și transferul de căldură și provoacă o modificare a activității lor. Excitația de la centrele de termoreglare către organele de producere și transfer de căldură este transmisă prin sistemul nervos simpatic.
Cortexul cerebral joacă un rol extrem de important în termoreglare. În condiții normale, procesul de generare și transfer de căldură este sub influența sa.
Temperatura termoconfortabilă pentru o persoană în aer este de obicei +19°C, în apă - +34°C. La astfel de temperaturi, sistemul de termoreglare nu pornește.
Pentru a menține o temperatură constantă a corpului de 36,6 ° C, o persoană trebuie să cheltuiască 200 kcal pe zi.
O scădere a temperaturii corpului chiar și cu 0,1° duce la scăderea imunității.
Ocurile de frig în natură sunt de obicei foarte ascuțite. Pentru a suporta în siguranță „surprizele” climatice, o persoană trebuie să se întărească.
După cum știți, există trei niveluri de reacție a corpului la stimuli de diferite forțe: antrenament, activare și stres. Frigul extrem înseamnă stres, inclusiv stres mental. Dacă vă este frică de hipotermie în avans, înghețați și strângeți-vă cu mult înainte de a ieși în frig, atunci trebuie să vă întăriți urgent nu numai corpul, ci și nervii. Experimentul de supraviețuire a arătat că oamenii mor, de regulă, nu de frig, ci de frica de el.
Starea de spirit pentru întărire stabilește unei persoane o sarcină strategică: să se împrietenească cu frigul pe viață. „The Boundary of Pleasure” vă permite să rezolvați o problemă tactică: dozați rece sau căldură. Dacă strategia încurajează întărirea, atunci tactica controlează sarcina în timpul călirii. Mai mult, face acest lucru în conformitate cu caracteristicile fiziologice individuale ale corpului și, desigur, ținând cont de condițiile climatice specifice.
Necesitatea unei atitudini psihologice față de întărire și interes pentru ea este cel mai important principiu. Nu ar trebui să pierzi timpul cu asta.
Esența întăririi este antrenarea proceselor de termoreglare, care includ producția de căldură și transferul de căldură. Răcirea stimulează, pe de o parte, o creștere a producției de căldură în organism, iar pe de altă parte, dorința de a o conserva și de a nu o da. Antrenamentul învață corpul să răspundă clar la frig, să răspundă rapid și activ la temperaturile scăzute ale mediului, cu producție crescută de căldură și transfer redus de căldură. Astfel, în ciuda frigului, se menține temperatura normală a corpului. La o persoană neîntărită, mecanismele de termoreglare funcționează mai puțin eficient, temperatura corpului scade, ceea ce duce la o slăbire a apărării imune și la creșterea activității microorganismelor patogene. Ca urmare, racelile, gripa etc., care nu numai ca te scot din starea de functionare, dar acumuleaza si efecte nocive, care submineaza inevitabil potentialul general al organismului si ii reduce vitalitatea.

Valoarea termică
Surse de căldură
Producția de căldură și furnizarea de căldură
Utilizarea căldurii
Noi tehnologii de furnizare a căldurii

Valoarea termică

Căldura este una dintre sursele vieții de pe Pământ. Datorită focului, originea și dezvoltarea societății umane au devenit posibile. Din cele mai vechi timpuri și până în zilele noastre, sursele de căldură ne-au servit cu fidelitate. În ciuda nivelului fără precedent de dezvoltare tehnologică, omul, la fel ca acum multe mii de ani, încă are nevoie de căldură. Pe măsură ce populația lumii crește, nevoia de căldură crește.

Căldura este una dintre cele mai importante resurse ale mediului uman. O persoană are nevoie de el pentru a-și menține propria viață. Căldura este necesară și pentru tehnologii, fără de care omul modern nu-și poate imagina existența.

Surse de căldură

Cea mai veche sursă de căldură este Soarele. Ulterior, focul a fost la dispoziția omului. Pe baza ei, omul a creat o tehnologie de producere a căldurii din combustibil organic.

Relativ recent, tehnologiile nucleare au început să fie folosite pentru a produce căldură. Cu toate acestea, arderea combustibililor fosili rămâne în continuare principala metodă de producere a căldurii.

Producția de căldură și furnizarea de căldură

Prin dezvoltarea tehnologiei, omul a învățat să producă căldură în volume mari și să o transfere pe distanțe destul de mari. Căldura pentru orașele mari este produsă la centralele termice mari. Pe de altă parte, există încă mulți consumatori care sunt alimentați cu căldură de centralele mici și mijlocii. În mediul rural, gospodăriile sunt încălzite cu boilere și sobe de uz casnic.

Tehnologiile de producere a căldurii au o contribuție semnificativă la poluarea mediului. Când arde combustibil, o persoană emite o cantitate mare de substanțe nocive în aerul din jur.

Utilizarea căldurii

În general, o persoană produce mult mai multă căldură decât folosește în beneficiul său. Pur și simplu disipăm multă căldură în aerul din jur.

Căldura se pierde
datorită tehnologiilor imperfecte de producere a căldurii,
la transportul căldurii prin conducte termice,
din cauza sistemelor de încălzire imperfecte,
din cauza imperfecțiunii locuinței,
din cauza ventilației imperfecte a clădirilor,
la îndepărtarea căldurii „excesului” în diferite procese tehnologice,
la arderea deșeurilor de producție,
cu gazele de eșapament de la vehiculele propulsate de motoare cu ardere internă.

Pentru a descrie starea de fapt în producerea și consumul de căldură de către oameni, cuvântul risipă este bine potrivit. Un exemplu, aș spune, de risipă flagrantă este arderea gazelor asociate în câmpurile petroliere.

Noi tehnologii de furnizare a căldurii

Societatea umană cheltuiește mult efort și bani pentru a obține căldură:
extrage combustibilul adânc în subteran;
transportă combustibil de pe câmp la întreprinderi și locuințe;
construieste instalatii pentru generarea de caldura;
construieste retele de incalzire pentru distributia caldurii.

Probabil, ar trebui să ne gândim: totul este rezonabil aici, totul este justificat?

Așa-numitele avantaje tehnice și economice ale sistemelor moderne de alimentare cu căldură sunt în esență momentane. Acestea sunt asociate cu o poluare semnificativă a mediului și cu utilizarea nerezonabilă a resurselor.

Există căldură care nu trebuie extrasă. Aceasta este căldura Soarelui. Trebuie folosit.

Unul dintre obiectivele finale ale tehnologiei de încălzire este producerea și furnizarea de apă caldă. Ați folosit vreodată un duș în aer liber? Un recipient cu robinet instalat într-un loc deschis sub razele Soarelui. O modalitate foarte simplă și accesibilă de a furniza apă caldă (chiar fierbinte). Ce te împiedică să-l folosești?

Cu ajutorul pompelor de căldură, oamenii folosesc căldura Pământului. O pompă de căldură nu necesită combustibil și nici nu necesită o conductă lungă de încălzire cu pierderile sale de căldură. Cantitatea de energie electrică necesară pentru a funcționa o pompă de căldură este relativ mică.

Beneficiile celei mai moderne și avansate tehnologii vor fi anulate dacă fructele sale sunt folosite prost. De ce să producem căldură departe de consumatori, să o transportăm, apoi să o distribuiți printre case, încălzind Pământul și aerul din jur pe parcurs?

Este necesar să se dezvolte producția de căldură distribuită cât mai aproape de locurile de consum, sau chiar combinată cu acestea. O metodă de producere a căldurii numită cogenerare este cunoscută de mult. Centralele de cogenerare produc energie electrică, căldură și frig. Pentru utilizarea fructuoasă a acestei tehnologii, este necesară dezvoltarea mediului uman ca un sistem unificat de resurse și tehnologii.

Se pare că pentru a crea noi tehnologii de alimentare cu căldură este necesar
revizuirea tehnologiilor existente,
încearcă să scape de neajunsurile lor,
se adună pe o bază unică pentru a interacționa și a se completa reciproc,
profita din plin de avantajele lor.
Aceasta presupune înțelegere

Oamenii, după cum se știe, aparțin organismelor homeoterme sau cu sânge cald. Înseamnă asta că temperatura corpului său este constantă, adică? organismul nu răspunde la schimbările de temperatură ambientală? Reacționează și chiar foarte sensibil. Constanța temperaturii corpului este, de fapt, rezultatul reacțiilor care apar continuu în organism care își mențin echilibrul termic neschimbat.

Din punct de vedere al proceselor metabolice, producerea de căldură este un efect secundar al reacțiilor chimice de oxidare biologică, în timpul cărora nutrienții care intră în organism - grăsimi, proteine, carbohidrați - suferă transformări care au ca rezultat formarea apei și a dioxidului de carbon. Aceleași reacții cu eliberarea de energie termică apar și în organismele animalelor poikiloterme sau cu sânge rece, dar datorită intensității lor semnificativ mai mici, temperatura corpului animalelor poikiloterme depășește doar puțin temperatura mediului ambiant și se modifică în conformitate cu aceasta din urmă. .

Toate reacțiile chimice care apar într-un organism viu depind de temperatură. Iar la animalele poikiloterme, intensitatea proceselor de conversie a energiei, conform regulii lui Van’t Hoff*, crește proporțional cu temperatura exterioară. La animalele homeoterme, această dependență este mascată de alte efecte. Dacă un organism homeoterm este răcit sub o temperatură ambientală confortabilă, intensitatea proceselor metabolice și, în consecință, producția de căldură a acestuia crește, prevenind scăderea temperaturii corpului. Dacă termoreglarea la aceste animale este blocată (de exemplu, din cauza anesteziei sau a lezării anumitor zone ale sistemului nervos central), curba producției de căldură în funcție de temperatură va fi aceeași ca și pentru organismele poikiloterme. Dar chiar și în acest caz, diferențe cantitative semnificative rămân între procesele metabolice la animalele poikiloterme și homeoterme: la o anumită temperatură a corpului, intensitatea metabolismului energetic pe unitatea de masă corporală la organismele homeoterme este de cel puțin 3 ori mai mare decât intensitatea metabolică la poikiloterme. organisme.

Multe animale non-mamifere și non-aviare își pot schimba temperatura corpului într-o oarecare măsură prin „termoreglarea comportamentală” (de exemplu, peștii pot înota în ape mai calde, șopârlele și șerpii pot face „badă de soare”). Organismele cu adevărat homeoterme sunt capabile să folosească atât metode comportamentale, cât și autonome de termoreglare; în special, pot produce, dacă este necesar, căldură suplimentară datorită activării metabolismului, în timp ce alte organisme sunt forțate să se bazeze pe surse externe de căldură.

Temperatura majorității mamiferelor cu sânge cald variază de la 36 la 40 ° C, în ciuda diferențelor semnificative în dimensiunea corpului. În același timp, rata metabolică (M) depinde de greutatea corporală (m) ca funcție exponențială: M = k x m 0,75, i.e. valoarea M/m 0,75 este aceeași pentru un șoarece și un elefant, deși la un șoarece rata metabolică la 1 kg de greutate corporală este semnificativ mai mare decât la un elefant. Această așa-numită lege a scăderii ratei metabolice în funcție de greutatea corporală reflectă faptul că producția de căldură corespunde intensității transferului de căldură în spațiul înconjurător. Pentru o anumită diferență de temperatură între mediul intern al corpului și mediu, pierderea de căldură pe unitatea de masă corporală se dovedește a fi mai mare, cu cât raportul dintre suprafața și volumul corpului este mai mare, iar cel din urmă raport scade odată cu creșterea corpului. mărimea.

Temperatura corpului și echilibrul termic

Când este necesară căldură suplimentară pentru a menține o temperatură constantă a corpului, aceasta poate fi generată de:

1) activitate motorie voluntară;
2) activitate musculară ritmică involuntară (frisoane cauzate de frig);
3) accelerarea proceselor metabolice care nu este asociată cu contracția musculară.

La adulți, frisonul este cel mai important mecanism involuntar al termogenezei. „Termogeneza fără frison” apare la animalele nou-născute și la copii, precum și la animalele mici, adaptate la frig și la animalele care hibernează. Principala sursă de „termogeneză fără frison” este așa-numita grăsime brună, un țesut caracterizat printr-un exces de mitocondrii și o distribuție „multilaculară” a grăsimii (numeroase picături mici de grăsime înconjurate de mitocondrii). Acest țesut se găsește între omoplați, în axile și în alte locuri.

Pentru ca temperatura corpului să nu se modifice, producția de căldură trebuie să fie egală cu transferul de căldură. Conform legii lui Newton a răcirii, căldura degajată de un corp (mai puține pierderi datorate evaporării) este proporțională cu diferența de temperatură dintre interiorul corpului și spațiul înconjurător. La om, transferul de căldură este zero la o temperatură ambientală de 37 °C, iar pe măsură ce temperatura scade, aceasta crește. Transferul de căldură depinde, de asemenea, de conducerea căldurii în interiorul corpului și de fluxul sanguin periferic.

Termogeneza asociată metabolismului în condiții de repaus (Fig. 1) este echilibrată de procesele de transfer de căldură în zona de temperatură ambientală T 2 -T 3 , dacă fluxul sanguin al pielii scade treptat pe măsură ce temperatura scade de la T 3 la T 2 . La temperaturi sub T 2 Constanța temperaturii corpului poate fi menținută doar prin creșterea termogenezei proporțional cu pierderea de căldură. Cea mai mare producție de căldură furnizată de aceste mecanisme la om corespunde unui nivel metabolic care este de 3-5 ori mai mare decât intensitatea ratei metabolice bazale și caracterizează limita inferioară a intervalului de termoreglare T 1 . Dacă această limită este depășită, se dezvoltă hipotermie, care poate duce la moarte din cauza hipotermiei.

La temperaturi ambientale peste T 3 echilibrul temperaturii ar putea fi menținut prin slăbirea intensității proceselor metabolice. De fapt, echilibrul temperaturii este stabilit datorită unui mecanism suplimentar de transfer de căldură - evaporarea transpirației. Temperatura T 4 corespunde limitei superioare a intervalului de termoreglare, care este determinată de intensitatea maximă a producției de transpirație. La temperaturi ambientale peste T 4 apare hipertermia, care poate duce la moarte din cauza supraîncălzirii. Interval de temperatură T 2 -T 3 , în care temperatura corpului poate fi menținută la un nivel constant fără participarea unor mecanisme suplimentare de producere a căldurii sau transpirație se numește zona termoneutra. În acest interval, rata metabolică și producția de căldură sunt, prin definiție, minime.

Temperatura corpului uman

Căldura generată de corp în mod normal (adică, în condiții de echilibru) este transmisă spațiului înconjurător de către suprafața corpului, prin urmare temperatura părților corpului de lângă suprafața sa ar trebui să fie mai mică decât temperatura părților sale centrale. . Datorită neregularității formelor geometrice ale corpului, distribuția temperaturii în acesta este descrisă de o funcție complexă. De exemplu, atunci când un adult îmbrăcat ușor se află într-o cameră cu o temperatură a aerului de 20 ° C, temperatura părții musculare profunde a coapsei este de 35 ° C, straturile profunde ale mușchiului gambei este de 33 ° C, temperatura în centrul piciorului este de numai 27–28 ° C, iar temperatura rectală este egală cu aproximativ 37 ° C. Fluctuațiile temperaturii corpului cauzate de modificările temperaturii exterioare sunt cel mai pronunțate în apropierea suprafeței corpului și la capetele membrelor (Fig. 2).

Orez. 2. Temperatura diferitelor zone ale corpului uman în condiții reci (A) și calde (B).

Temperatura corpului în sine nu este constantă, nici spațial, nici temporal. În condiții termoneutre, diferențele de temperatură în regiunile interne ale corpului sunt de 0,2–1,2 °C; chiar și în creier, diferența de temperatură dintre părțile centrale și externe ajunge la mai mult de 1 ° C. Cea mai mare temperatură se observă în rect, și nu în ficat, așa cum se credea anterior. În practică, schimbările de temperatură în timp sunt de obicei de interes, deci se măsoară într-o anumită zonă.

În scopuri clinice, este de preferat să se măsoare temperatura rectală (termometrul este introdus prin anus în rect la o adâncime standard de 10-15 cm). Temperatura orală, sau mai degrabă sublinguală, este de obicei cu 0,2–0,5 °C mai mică decât cea rectală. Este afectată de temperatura aerului inhalat, a alimentelor și a băuturii.

În studiile de medicină sportivă, temperatura esofagiană (de deasupra deschiderii stomacului) este adesea măsurată, care este înregistrată cu ajutorul senzorilor flexibili de temperatură. Astfel de măsurători reflectă modificările temperaturii corpului mai rapid decât înregistrarea temperaturii rectale.

Temperatura axilară poate servi și ca un indicator al temperaturii corpului central, deoarece atunci când brațul este apăsat strâns pe piept, gradienții de temperatură se schimbă, astfel încât limita nucleului ajunge la axilă. Cu toate acestea, acest lucru durează ceva timp. Mai ales după ce a fost în frig, când țesuturile de suprafață s-au răcit și s-a produs vasoconstricție în ele (acest lucru se întâmplă mai ales cu o răceală). În acest caz, ar trebui să treacă aproximativ o jumătate de oră pentru a stabili echilibrul termic în aceste țesuturi.

În unele cazuri, temperatura centrală este măsurată în canalul urechii externe. Acest lucru se realizează cu ajutorul unui senzor flexibil, care este plasat lângă timpan și protejat de influențele externe ale temperaturii cu ajutorul unui tampon de bumbac.

De obicei, temperatura pielii este măsurată pentru a determina temperatura stratului de suprafață al corpului. În acest caz, măsurarea la un moment dat dă un rezultat inadecvat. Prin urmare, în practică, temperatura medie a pielii este de obicei măsurată în frunte, piept, abdomen, umăr, antebraț, dosul mâinii, coapsă, picior și suprafața dorsală a piciorului. La calcul, se ia în considerare aria suprafeței corporale corespunzătoare. „Temperatura medie a pielii” găsită în acest fel la o temperatură ambientală confortabilă este de aproximativ 33–34 °C.

Temperatura corpului uman fluctuează pe parcursul zilei: este minimă în orele dinainte de zori și maximă (adesea cu două vârfuri) în timpul zilei (Fig. 3). Amplitudinea fluctuațiilor zilnice este de aproximativ 1 °C. La animalele care sunt active noaptea, temperatura maximă este observată noaptea. Cel mai simplu mod de a explica aceste fapte ar fi că creșterea temperaturii are loc ca urmare a creșterii activității fizice, dar această explicație se dovedește a fi incorectă.

Fluctuațiile de temperatură sunt unul dintre multele ritmuri zilnice. Chiar dacă excludem toate semnalele externe orientative (lumină, schimbări de temperatură, orele de mâncare), temperatura corpului

continuă să oscileze ritmic, dar perioada de oscilație în acest caz este de la 24 la 25 de ore. Astfel, fluctuațiile zilnice ale temperaturii corpului se bazează pe un ritm endogen („ceasul biologic”), de obicei sincronizat cu semnalele externe, în special cu rotația Pământului. În timpul călătoriilor asociate cu traversarea meridianelor pământului, este nevoie de obicei de 1-2 săptămâni pentru ca ritmul temperaturii să se alinieze cu stilul de viață determinat de ora locală nouă pentru organism.

Ritmul schimbărilor zilnice de temperatură este suprapus de ritmuri cu perioade mai lungi, de exemplu, un ritm de temperatură sincronizat cu ciclul menstrual.

În timpul mersului, de exemplu, producția de căldură este de 3-4 ori mai mare, iar în timpul muncii fizice intense, chiar de 7-10 ori mai mare decât în ​​repaus. De asemenea, crește în primele ore după masă (cu aproximativ 10–20%). Temperaturile rectale în timpul alergării pe maraton pot ajunge la 39–40 °C, iar în unele cazuri - aproape 41 °C. Dar temperatura medie a pielii scade din cauza transpirației și evaporării induse de efort. În timpul lucrului submaximal, în timp ce apare transpirația, creșterea temperaturii centrale este aproape independentă de temperatura ambiantă în intervalul 15-35 °C. Deshidratarea corpului duce la o creștere a temperaturii centrale și reduce semnificativ performanța.

Disiparea căldurii

Cum îl părăsește căldura care a apărut în adâncurile corpului? Parțial cu secreții și aer expirat, dar rolul răcitorului principal este jucat de sânge. Datorită capacității sale mari de căldură, sângele este foarte potrivit pentru acest scop. Preia căldură din celulele țesuturilor și organelor pe care le scaldă și o transportă prin vasele de sânge către piele și membranele mucoase. Aici are loc în principal transferul de căldură. Prin urmare, sângele care curge din piele este cu aproximativ 3 °C mai rece decât sângele care curge înăuntru. Dacă organismul este lipsit de capacitatea de a elimina căldura, atunci în doar 2 ore temperatura acestuia crește cu 4 ° C, iar o creștere a temperaturii la 43-44 ° C este, de regulă, incompatibilă cu viața.

Transferul de căldură la nivelul extremităților este determinat într-o oarecare măsură de faptul că fluxul de sânge aici are loc conform principiului contracurentului. Vasele mari adânci ale extremităților sunt situate în paralel, datorită cărora sângele care curge prin artere către periferie își degajă căldura venelor din apropiere. Astfel, capilarele situate la capetele membrelor primesc sânge pre-răcit, motiv pentru care degetele de la mâini și de la picioare sunt cele mai sensibile la temperaturi scăzute.

Componentele transferului de căldură sunt: ​​conducerea căldurii H P, convecție H La, radiația H izlși evaporarea H isp. Debitul total de căldură este determinat de suma acestor componente:

N nar= N P+ N La+ N izl+ N isp .

Transferul de căldură prin conducție are loc atunci când corpul intră în contact (în picioare, așezat sau întins) cu un substrat dens. Cantitatea de flux de căldură este determinată de temperatura și conductibilitatea termică a substratului adiacent.

Dacă pielea este mai caldă decât aerul din jur, stratul de aer adiacent acesteia se încălzește, se ridică și este înlocuit cu aer mai rece, mai dens. Forța motrice din spatele acestui flux convectiv este diferența dintre temperaturile corpului și mediul înconjurător din apropierea acestuia. Cu cât are loc mai multă mișcare în aerul exterior, cu atât stratul limită devine mai subțire (grosime maximă 8 mm).

Pentru intervalul de temperaturi biologice, transferul de căldură datorat radiației H poate fi descris cu suficientă acuratețe folosind ecuația:

N izl= h izl x(T piele- T izl) x A,

unde T piele– temperatura medie a pielii, T izl– temperatura medie de radiație (temperatura suprafețelor înconjurătoare, de exemplu pereții unei încăperi),
A este suprafața efectivă a corpului și
h izl– coeficientul de transfer termic datorat radiatiilor.
Coeficientul h izlține cont de emisivitatea pielii, care pentru radiația infraroșie cu undă lungă este de aproximativ 1, indiferent de pigmentare, adică. pielea emite aproape la fel de multă energie ca un corp complet negru.

Aproximativ 20% din transferul de căldură de la corpul uman în condiții de temperatură neutră are loc datorită evaporării apei de la suprafața pielii sau de pe mucoasele tractului respirator. Transferul de căldură prin evaporare are loc chiar și la 100% umiditate relativă a aerului din jur. Acest lucru se întâmplă atâta timp cât temperatura pielii este mai mare decât temperatura ambiantă și pielea este complet hidratată datorită producției suficiente de transpirație.

Când temperatura ambiantă depășește temperatura corpului, transferul de căldură poate avea loc numai prin evaporare. Eficienta de racire datorata transpiratiei este foarte mare: odata cu evaporarea a 1 litru de apa, corpul uman poate renunta la o treime din toata caldura generata in conditii de repaus pentru intreaga zi.

Influența îmbrăcămintei

Eficacitatea îmbrăcămintei ca izolator termic se datorează celor mai mici volume de aer din structura țesăturii sau din grămadă, în care nu apar curenți convectivi vizibili. În acest caz, căldura este transferată numai prin conducție, iar aerul este un slab conductor de căldură.

Factori de mediu și confort termic

Influența mediului asupra regimului termic al corpului uman este determinată de cel puțin patru factori fizici: temperatura aerului, umiditatea, temperatura radiației și viteza aerului (vânt). Acești factori determină dacă subiectul simte „confort termic”, dacă este cald sau rece. Condiția pentru confort este ca organismul să nu aibă nevoie de funcționarea mecanismelor de termoreglare, adică. nu ar necesita frison sau transpirație, iar fluxul sanguin în organele periferice ar putea menține o rată intermediară. Această condiție corespunde zonei termoneutre menționate mai sus.

Acești patru factori fizici sunt într-o oarecare măsură interschimbabili în ceea ce privește senzația de confort și nevoia de termoreglare. Cu alte cuvinte, senzația de frig cauzată de temperatura scăzută a aerului poate fi slăbită de o creștere corespunzătoare a temperaturii radiației. Dacă atmosfera pare înfundată, senzația poate fi atenuată prin scăderea umidității sau a temperaturii. Dacă temperatura de radiație este scăzută (pereți reci), este necesară creșterea temperaturii aerului pentru a obține confort.

Conform unor studii recente, valoarea unei temperaturi confortabile pentru un subiect așezat ușor îmbrăcat (cămașă, pantaloni scurți, pantaloni lungi din bumbac) este de aproximativ 25–26 ° C, cu o umiditate a aerului de 50% și temperaturi egale ale aerului și ale peretelui. Valoarea corespunzătoare pentru un subiect gol este de 28 °C. Temperatura medie a pielii este de aproximativ 34 °C. În timpul muncii fizice, pe măsură ce subiectul depune din ce în ce mai mult efort fizic, temperatura confortabilă scade. De exemplu, pentru lucrări ușoare de birou, temperatura preferată a aerului este de aproximativ 22 °C. Destul de ciudat, în timpul muncii fizice grele, temperatura camerei, la care nu apare transpirația, se simte prea rece.

Diagrama din fig. Figura 4 arată cum se corelează valorile temperaturii confortabile, umidității și temperaturii aerului ambiant în timpul lucrului fizic ușor. Fiecare grad de disconfort poate fi asociat cu o valoare a temperaturii - temperatura efectivă (ET). Valoarea numerică a ET se găsește proiectând pe axa X punctul în care linia de disconfort intersectează curba corespunzătoare umidității relative de 50%. De exemplu, toate combinațiile de valori ale temperaturii și umidității în zona gri închis (30 °C la 100% umiditate relativă sau 45 °C la 20% umiditate relativă etc.) corespund unei temperaturi efective de 37 °C, care la rândul său corespunde unui anumit grad de disconfort. În intervalul de temperaturi mai scăzute, influența umidității este mai mică (panta liniilor de disconfort este mai abruptă), deoarece în acest caz contribuția evaporării la transferul total de căldură este nesemnificativă. Disconfortul crește odată cu temperatura și umiditatea medie a pielii. La depășirea parametrilor care definesc umiditatea maximă a pielii (100%), echilibrul termic nu mai poate fi menținut. Astfel, o persoană este capabilă să reziste la condiții dincolo de această limită doar pentru o perioadă scurtă de timp; transpirația curge în râuri deoarece este eliberată mai mult decât se poate evapora. Liniile de disconfort, desigur, se schimbă în funcție de izolația termică oferită de îmbrăcăminte, viteza vântului și natura activității fizice.

Valori confortabile ale temperaturii apei

Apa are o conductivitate termică și o capacitate termică semnificativ mai mare în comparație cu aerul. Când apa este în mișcare, fluxul turbulent rezultat în apropierea suprafeței corpului elimină căldura atât de repede încât la o temperatură a apei de 10 ° C, chiar și stresul fizic puternic nu permite menținerea echilibrului termic și apare hipotermia. Dacă corpul este în repaus complet, pentru a obține confortul termic, temperatura apei ar trebui să fie de 35–36 °C. În funcție de grosimea țesutului adipos izolator, limita inferioară a temperaturii confortabile în apă variază de la 31 la 36 °C.

Va urma

* Conform regulii lui Van't Hoff, atunci când temperatura se modifică cu 10 °C (variind de la 20 la 40 °C), consumul de oxigen de către țesuturi se modifică în aceeași direcție de 2-3 ori.

ANIMALE CU SANGELE CALDS SI CU SANGELE RECE

În procesul de dezvoltare evolutivă, mamiferele, păsările și oamenii au dezvoltat capacitatea de a menține constant aceeași temperatură a corpului. Indiferent de temperatura mediului extern, adică atât la căldură, cât și la rece, temperatura corpului acestui grup de animale și oameni nu se modifică, ci se menține la același nivel. Această capacitate de a menține o temperatură constantă creează condiții mai constante importante pentru funcționarea normală a organismului și îl face relativ mai puțin dependent de condițiile de mediu.

Animalele ale căror corpuri, datorită prezenței unui număr de adaptări, mențin o temperatură constantă sunt numite cu sânge cald (homeoterme). Oamenii sunt, de asemenea, cu sânge cald.

Animalele nevertebrate și o parte semnificativă a vertebratelor nu au o temperatură constantă. Temperatura corpului acestor animale depinde de temperatura mediului în care se află. Dacă temperatura ambiantă scade, temperatura corpului acestor animale scade și, invers, o creștere a temperaturii mediului duce la creșterea temperaturii corpului acestor animale. Acest grup de animale se numește cu sânge rece (poikilotermic). Corpul lor este lipsit de dispozitive care ar face posibilă reglarea propriei temperaturi.

Intensitatea proceselor de viață care au loc în corpul acestor animale este supusă fluctuațiilor și depinde de temperatura ambiantă. Semnificația acestei împrejurări poate fi ilustrată prin exemplul unei broaște: iarna, când temperatura corpului ei este aproape de 0°, sare la o distanță de 10-15 cm; vara, când temperatura corpului ei crește la 20-25°, săriturile ei depășesc chiar 100 cm.

FORMARE DE CĂLDURĂ ÎN CORP

Căldura din organism se formează ca urmare a oxidării nutrienților la produsele lor finale de descompunere. Locul unde are loc în principal generarea de căldură estemuşchii. Formarea căldurii are loc în mușchi chiar și atunci când o persoană este în repaus complet. Mișcările minore ale mușchilor contribuie deja la o generare mai mare de căldură, iar la mers, generarea de căldură crește cu 60-80%. În timpul lucrului muscular, generarea de căldură crește de 4-5 ori. Pe lângă mușchii scheletici, generarea de căldură are loc în ficat, rinichi și alte organe. Temperatura ficatului este cea mai ridicată. În comparație cu alte organe (pe unitate de greutate), în el este generată mai multă căldură.

Formarea căldurii în organism este însoțită de eliberarea acesteia. Corpul pierde atâta căldură cât produce. Căldura nu rămâne în corpul uman, altfel ar muri în câteva ore.

Aceste procese complexe de reglare a formării și eliberării de căldură de către organism se numesc termoreglare și sunt efectuate printr-o serie de mecanisme adaptative, de luat în considerare.la care vom trece mai departe.

REGLEMENTAREA GENERAȚII ȘI A TRANSFERULUI DE CĂLDURĂ

Temperatura corpului rămâne constantă datorită faptului că, printr-o serie de mecanisme din organism, sistemul nervos central reglează atât formarea, cât și eliberarea căldurii.

Procesele oxidative au loc în celulele și organele corpului nostru, care sunt însoțite de eliberarea de energie. O modificare a intensității proceselor oxidative și, prin urmare, a intensității eliberării de energie, implică o modificare a generării de căldură.

Căldura este consumată de organism în moduri diferite. Principalele moduri de transfer de căldură sunt: ​​pierderea de căldură prin conducție, adică încălzirea aerului și radiațiilor din jur; in plus, caldura se consuma cu aerul expirat, cu evaporarea transpiratiei etc.

În consecință, temperatura corpului animalelor cu sânge cald rămâne constantă datorită faptului că sistemul nervos reglează, pe de o parte, intensitatea proceselor oxidative, adică formarea căldurii, și, pe de altă parte, intensitatea transferului de căldură. Aceste procese interconectate, numite termoreglare chimică și fizică, sunt cauzate de activitatea sistemului nervos central.

Termoreglare chimică. Termoregularea chimică este înțeleasă ca o modificare a ratei metabolice care are loc sub influența mediului. Schimbările de temperatură ambientală sunt detectate de pieleIntensitatea metabolismului, adică generarea de căldură, se modifică în mod reflex și de către receptori. Există, de exemplu, o anumită relație între temperatura aerului și metabolismul din organism. Astfel, pe măsură ce temperatura aerului scade, formarea de căldură în organism crește.

Cea mai mare parte a căldurii este generată în mușchi. Unul dintre mecanismele de adaptare este tremorurile musculare care apar la frig. Tremurul care apare atunci când corpul se răcește este rezultatul unui reflex. Când temperatura ambientală scade, receptorii pielii care percep stimularea temperaturii sunt iritați; În ele apare excitația, care merge la sistemul nervos central și de acolo la mușchi, provocând contracții periodice.

Astfel, tremurul si frisoanele pe care le traim in timpul sezonului rece sau intr-o camera rece sunt acte reflexe care contribuie la cresterea metabolismului si, in consecinta, la cresterea productiei de caldura.

Metabolismul crescut apare sub influența frigului, chiar și atunci când nu există mișcare musculară. Acest lucru a fost demonstrat experimental când animalul a fost răcit. S-a dovedit că dacă animalul este răcit, acesta se intensifică indiferent dacă apare sau nu tremurul.

O cantitate semnificativă de căldură este generată și în organele abdominale - ficat și rinichi. Acest lucru poate fi monitorizat prin măsurarea temperaturii sângelui care curge în ficat și a temperaturii sângelui care iese. Se dovedește că temperatura sângelui care curge este mai mare decât temperatura sângelui care intra. În consecință, s-a încălzit când curge prin ficat

Pe măsură ce temperatura aerului crește, generarea de căldură în organism scade.

Articol pe tema Formarea și eliberarea căldurii corporale