Si chiama lo scambio di energia termica tra il corpo e l'ambiente scambio di calore. Uno degli indicatori dello scambio di calore è la temperatura corporea, che dipende da due fattori: la formazione di calore, cioè dall'intensità dei processi metabolici nel corpo, e il rilascio di calore nell'ambiente.

Vengono chiamati animali la cui temperatura corporea varia a seconda della temperatura dell'ambiente esterno poichilotermico, o a sangue freddo. Vengono chiamati gli animali con una temperatura corporea costante omeotermico(a sangue caldo). Coerenza della temperatura si chiama corpo isaltra Mia. Lei garantisce l'indipendenzaprocessi metabolici nei tessuti e negli organi dalle fluttuazioni di temperatura ambiente.

Temperatura del corpo umano.

La temperatura delle singole parti del corpo umano è diversa. La temperatura cutanea più bassa si osserva sulle mani e sui piedi, la più alta è sotto l'ascella, dove viene solitamente determinata. In una persona sana temperatura in questo l'area è uguale a 36-37°C. Durante il giorno si osservano lievi aumenti e diminuzioni della temperatura corporea umana in conformità con il bioritmo quotidiano:la temperatura minima è osservata a 2- 4 ore notti, massimo - alle 16-19 ore.

T temperatura muscolare tessuti dentro lo stato di riposo e di lavoro può variare entro 7 ° C. Dipende dalla temperatura degli organi interni sull’intensità del metabolismo processi. Molto intenso avvengono i processi metabolici nel fegato, che è l'organo più “caldo” del corpo: la temperatura nel tessuto epatico è di 38-38,5° CON. La temperatura nel retto è 37-37,5 ° C. Tuttavia, può variare entro 4-5 ° C a seconda della presenza di feci al suo interno, dell'afflusso di sangue alla mucosa e di altri motivi. Nei maratoneti, al termine della competizione, la temperatura nel retto può salire fino a 39-40°C.

La capacità di mantenere la temperatura a un livello costante è assicurata attraverso processi interconnessi - generazione di calore E rilascio di calore dal corpo all’ambiente esterno. Se la generazione di calore è uguale al trasferimento di calore, la temperatura corporea rimane costante. Si chiama il processo di formazione del calore nel corpo termoregolazione chimica, un processo che rimuove il calore dal corpo - termoregolazione fisica.

Termoregolazione chimica. Il metabolismo del calore nel corpo è strettamente correlato al metabolismo energetico. Quando le sostanze organiche vengono ossidate, viene rilasciata energia. Parte dell'energia va alla sintesi dell'ATP. Questa energia potenziale può essere utilizzata dal corpo nelle sue ulteriori attività.Tutti i tessuti sono una fonte di calore nel corpo. Il sangue che scorre attraverso i tessuti si riscalda.

Un aumento della temperatura ambiente provoca una diminuzione riflessa del metabolismo, a seguito della quale diminuisce la generazione di calore nel corpo. Quando la temperatura ambiente diminuisce, l'intensità dei processi metabolici aumenta di riflesso e aumenta la generazione di calore. In misura maggiore, l'aumento della generazione di calore si verifica a causa dell'aumento dell'attività muscolare. Le contrazioni muscolari involontarie (tremori) sono la principale forma di aumento della produzione di calore. Un aumento della generazione di calore può verificarsi nel tessuto muscolare e, a causa di un aumento riflesso dell'intensità dei processi metabolici, si verifica la termogenesi muscolare non contrattile.

Termoregolazione fisica. Questo processo viene effettuato a causa del trasferimento di calore all'ambiente esterno attraverso convezione (conduzione del calore), irraggiamento (radiazione del calore) ed evaporazione dell'acqua.

Convezione - trasferimento diretto del calore a oggetti o particelle dell'ambiente adiacenti alla pelle. Maggiore è la differenza di temperatura tra la superficie del corpo e l'aria circostante, più intenso è il trasferimento di calore.

Il trasferimento di calore aumenta con il movimento dell'aria, come il vento. L'intensità del trasferimento di calore dipende in gran parte dalla conduttività termica dell'ambiente. Il trasferimento di calore avviene più velocemente nell'acqua che nell'aria. L'abbigliamento riduce o addirittura arresta la conduzione del calore.

Radiazione - Il calore viene rilasciato dal corpo attraverso la radiazione infrarossa proveniente dalla superficie del corpo. A causa di ciò, il corpo perde la maggior parte del calore. L'intensità della conduzione e dell'irradiazione del calore è in gran parte determinata dalla temperatura della pelle. Il trasferimento di calore è regolato da un cambiamento riflesso nel lume dei vasi cutanei. Quando la temperatura ambiente aumenta, le arteriole e i capillari si espandono e la pelle diventa calda e rossa. Ciò aumenta i processi di conduzione del calore e di radiazione termica. Quando la temperatura dell'aria diminuisce, le arteriole e i capillari della pelle si restringono. La pelle diventa pallida, la quantità di sangue che scorre attraverso i suoi vasi diminuisce. Ciò porta ad una diminuzione della sua temperatura, il trasferimento di calore diminuisce e il corpo trattiene il calore.

Evaporazione dell'acqua dalla superficie del corpo (2/3 di umidità), nonché durante la respirazione (1/3 di umidità). L'evaporazione dell'acqua dalla superficie del corpo avviene quando viene secreto il sudore. Anche in completa assenza di sudorazione visibile, evapora attraverso la pelle ogni giorno. fino a 0,5 l acqua - sudorazione invisibile. L'evaporazione di 1 litro di sudore in una persona di 75 kg può abbassare la temperatura corporea di 10° C.

In uno stato di relativo riposo, una persona adulta cede il 15% del calore all'ambiente esterno per conduzione termica, circa il 66% per irraggiamento termico e il 19% per evaporazione dell'acqua.

In media, una persona perde al giorno circa 0,8 l di sudore e con esso 500 kcal di calore.

Anche quando si respira una persona rilascia circa 0,5 litri di acqua ogni giorno.

A basse temperature ambiente ( 15°C e inferiori) circa il 90% del trasferimento di calore giornaliero avviene per conduzione e irraggiamento del calore. In queste condizioni non si verifica alcuna sudorazione visibile.

A temperatura dell'aria 18-22° Con il trasferimento di calore dovuto alla conduttività termica e alla radiazione termica diminuisce, male perdite aumentanocalore corporeo attraverso l'evaporazioneumidità dalla superficie della pelle.In caso di elevata umidità dell'aria, quando l'evaporazione dell'acqua è difficile, potrebbe verificarsi un surriscaldamento.corpo e svilupparsitermico colpo.

Bassa permeabilità al vapore acqueo stoffa impedisce un'efficace sudorazione e potrebbe essere la ragione surriscaldamento del corpo umano.

Nella stagione calda Paesi, durante le lunghe camminate, in caldo nei laboratori le persone perdono una grande quantità liquidi dal sudore. Allo stesso tempo c'è una sensazione sete che non si placa prendendo acqua. Questo Dato che Cosa c'è che non va poi si perde una grande quantità di sali minerali. Se aggiungi sale all'acqua potabile, quella sensazione di sete scomparirà E il benessere delle persone migliorerà.

Centri di regolazione dello scambio termico.

La termoregolazione viene effettuata di riflesso. Vengono percepite le fluttuazioni della temperatura ambiente termorecettori. I termorecettori sono localizzati in gran numero nella pelle, nella mucosa orale e nel tratto respiratorio superiore. Termorecettori sono stati trovati negli organi interni, nelle vene e anche in alcune formazioni del sistema nervoso centrale.

I termocettori cutanei sono molto sensibili alle fluttuazioni della temperatura ambiente. Si eccitano quando la temperatura dell'ambiente aumenta di 0,007° C e diminuisce di 0,012° C.

Gli impulsi nervosi che originano dai termorecettori viaggiano attraverso le fibre nervose afferenti fino al midollo spinale. Lungo le vie raggiungono il talamo visivo e da qui vanno alla regione ipotalamica e alla corteccia cerebrale. Il risultato sono sensazioni di caldo o freddo.

Nel midollo spinale sono i centri di alcuni riflessi termoregolatori. Ipotalamoè il principale centro riflesso della termoregolazione. Le parti anteriori dell'ipotalamo controllano i meccanismi della termoregolazione fisica, cioè lo sono centro di trasferimento del calore. Le parti posteriori dell'ipotalamo controllano la termoregolazione chimica e sono centro di generazione del calore.

Svolge un ruolo importante nella regolazione della temperatura corporea corteccia cerebrale. I nervi efferenti del centro di termoregolazione sono principalmente fibre simpatiche.

Partecipa alla regolazione dello scambio termico meccanismo ormonale, in particolare gli ormoni tiroidei e surrenalici. Ormone della tiroide - tiroxina, aumentando il metabolismo nel corpo, aumenta la generazione di calore. Il flusso di tiroxina nel sangue aumenta man mano che il corpo si raffredda. Ormone surrenale - adrenalina- migliora i processi ossidativi, aumentando così la generazione di calore. Inoltre, sotto l'influenza dell'adrenalina, si verifica la vasocostrizione, in particolare i vasi cutanei, a causa di ciò, il trasferimento di calore diminuisce.

Adattamento del corpo alle basse temperature ambientali. Quando la temperatura ambiente diminuisce, si verifica un'eccitazione riflessa dell'ipotalamo. Un aumento della sua attività stimola ipofisi , con conseguente aumento del rilascio di tireotropina e corticotropina, che aumentano l'attività della ghiandola tiroidea e delle ghiandole surrenali. Gli ormoni di queste ghiandole stimolano la produzione di calore.

Così, durante il raffreddamento I meccanismi di difesa del corpo vengono attivati, aumentando il metabolismo, la generazione di calore e riducendo il trasferimento di calore.

Caratteristiche della termoregolazione legate all'età. Nei bambini del primo anno di vita si osservano meccanismi imperfetti. Di conseguenza, quando la temperatura ambiente scende sotto i 15° C, nel corpo del bambino si verifica ipotermia. Nel primo anno di vita si verifica una diminuzione della trasmissione del calore attraverso la conduttività termica e l'irraggiamento termico e un aumento della produzione di calore. Tuttavia, fino ai 2 anni di età, i bambini rimangono termolabili (la temperatura corporea aumenta dopo aver mangiato a temperatura ambiente elevata). Nei bambini dai 3 ai 10 anni i meccanismi di termoregolazione sono migliorati, ma la loro instabilità continua a persistere.

Nell'età prepuberale e durante la pubertà (pubertà), quando si verifica una maggiore crescita del corpo e la ristrutturazione della regolazione neuroumorale delle funzioni, aumenta l'instabilità dei meccanismi termoregolatori.

In età avanzata si osserva una diminuzione della formazione di calore nel corpo rispetto all’età adulta.

Il problema di indurire il corpo. In tutti i periodi della vita è necessario indurire il corpo. Per indurimento si intende l'aumento della resistenza del corpo agli influssi ambientali avversi e, prima di tutto, al raffreddamento. L'indurimento si ottiene utilizzando fattori naturali: sole, aria e acqua. Agiscono sulle terminazioni nervose e sui vasi sanguigni della pelle umana, aumentano l'attività del sistema nervoso e aiutano a migliorare i processi metabolici. Con l'esposizione costante a fattori naturali, il corpo si abitua a loro. L'indurimento del corpo è efficace se sono soddisfatte le seguenti condizioni fondamentali: a) utilizzo sistematico e costante di fattori naturali; b) un aumento graduale e sistematico della durata e della forza del loro effetto (l'indurimento inizia con l'uso di acqua calda, abbassandone gradualmente la temperatura e aumentando il tempo delle procedure dell'acqua); c) indurimento con l'uso di stimoli contrastanti di temperatura (acqua calda - fredda); d) un approccio individuale all'indurimento.

L'uso di fattori naturali di indurimento deve essere combinato con l'educazione fisica e lo sport. Gli esercizi mattutini all'aria aperta o in una stanza con la finestra aperta con l'esposizione obbligatoria di una parte significativa del corpo e le successive procedure idriche (bagno, doccia) sono utili per l'indurimento. L'indurimento è il mezzo più accessibile per migliorare la salute delle persone.

4. Meccanismi di termoregolazione

Negli animali a sangue caldo e nell'uomo (i cosiddetti organismi omeotermici), a differenza degli organismi a sangue freddo (o poichilotermici), la temperatura corporea costante è un prerequisito per l'esistenza, uno dei parametri cardinali dell'omeostasi (o costanza) dell'ambiente interno del corpo.

I meccanismi fisiologici che garantiscono l'omeostasi termica del corpo (il suo “nucleo”) sono divisi in due gruppi funzionali: meccanismi di termoregolazione chimica e fisica. La termoregolazione chimica è la regolazione della produzione di calore nel corpo. Il calore viene costantemente prodotto nel corpo attraverso reazioni metaboliche redox. In questo caso, una parte di esso viene rilasciata nell'ambiente esterno, maggiore è la differenza tra la temperatura del corpo e quella dell'ambiente. Pertanto, il mantenimento di una temperatura corporea stabile quando la temperatura ambiente diminuisce richiede un corrispondente aumento dei processi metabolici e la conseguente generazione di calore, che compensa la perdita di calore e porta al mantenimento dell'equilibrio termico complessivo del corpo e al mantenimento di una temperatura interna costante. Il processo di aumento riflessivo della produzione di calore in risposta a una diminuzione della temperatura ambiente è chiamato termoregolazione chimica. Il rilascio di energia sotto forma di calore accompagna il carico funzionale di tutti gli organi e tessuti ed è caratteristico di tutti gli organismi viventi. La specificità del corpo umano è che il cambiamento nella produzione di calore come reazione al cambiamento della temperatura rappresenta una reazione speciale del corpo che non influisce sul livello di funzionamento dei sistemi fisiologici di base.

La generazione specifica di calore termoregolatore è concentrata principalmente nei muscoli scheletrici ed è associata a forme speciali di funzionamento muscolare che non influenzano la loro attività motoria diretta. Un aumento della generazione di calore durante il raffreddamento può verificarsi anche in un muscolo a riposo, così come quando la funzione contrattile viene disattivata artificialmente dall'azione di veleni specifici.

Uno dei meccanismi più comuni di generazione del calore termoregolatore specifico nei muscoli è il cosiddetto tono termoregolatore. Si esprime mediante microcontrazioni di fibrille, registrate come aumento dell'attività elettrica di un muscolo immobile esternamente quando viene raffreddato. Il tono termoregolatore aumenta il consumo di ossigeno muscolare, talvolta di oltre il 150%. Con un raffreddamento più forte, insieme ad un forte aumento del tono termoregolatore, le contrazioni muscolari visibili vengono attivate sotto forma di tremori freddi. In questo caso, lo scambio di gas aumenta al 300 - 400%. È caratteristico che in termini di quota di partecipazione alla generazione di calore termoregolatoria, i muscoli siano disuguali.

Con un'esposizione prolungata al freddo, il tipo contrattile della termogenesi può essere, in un modo o nell'altro, sostituito (o integrato) spostando la respirazione tissutale nel muscolo sul cosiddetto percorso libero (non fosforilante), in cui la fase di la formazione e la successiva degradazione dell'ATP vengono eliminate. Questo meccanismo non è associato alla contrazione muscolare. La massa totale di calore rilasciata durante la respirazione libera è quasi la stessa della termogenesi del lievito, ma la maggior parte dell'energia termica viene consumata immediatamente e i processi ossidativi non possono essere inibiti dalla mancanza di ADP o fosfato inorganico.

Quest'ultima circostanza consente di mantenere facilmente un elevato livello di generazione di calore per lungo tempo.

I cambiamenti nel tasso metabolico causati dall’influenza della temperatura ambientale sul corpo umano sono naturali. In un certo intervallo di temperature esterne, la produzione di calore corrispondente al metabolismo di un organismo a riposo è completamente compensata dal suo trasferimento di calore “normale” (senza intensificazione attiva). Lo scambio termico del corpo con l'ambiente è equilibrato. Questo intervallo di temperature è chiamato zona termoneutrale. Il livello di scambio in questa zona è minimo. Spesso si parla di punto critico, intendendo un determinato valore di temperatura al quale si raggiunge l'equilibrio termico con l'ambiente. In teoria, questo è vero, ma è quasi impossibile stabilire sperimentalmente un punto del genere a causa delle costanti fluttuazioni irregolari del metabolismo e dell'instabilità delle proprietà termoisolanti del tegumento.

Una diminuzione della temperatura ambientale oltre la zona termoneutrale provoca un aumento riflesso del livello di metabolismo e della produzione di calore fino a quando l'equilibrio termico del corpo non viene bilanciato in nuove condizioni. Per questo motivo la temperatura corporea rimane invariata.

Un aumento della temperatura dell'ambiente oltre la zona termoneutrale provoca anche un aumento del livello del metabolismo, causato dall'attivazione di meccanismi di attivazione del trasferimento di calore, che richiedono un dispendio energetico aggiuntivo per il loro lavoro. Si forma così una zona di termoregolazione fisica, durante la quale anche la temperatura rimane stabile. Al raggiungimento di una certa soglia, i meccanismi per aumentare il trasferimento di calore risultano inefficaci, inizia il surriscaldamento e, in definitiva, la morte dell'organismo.

Già nel 1902 Rubner propose di distinguere tra due tipi di questi meccanismi: la termoregolazione “chimica” e “fisica”. Il primo è associato a cambiamenti nella produzione di calore nei tessuti (tensione delle reazioni chimiche metaboliche), il secondo è caratterizzato dal trasferimento di calore e dalla ridistribuzione del calore. Insieme alla circolazione sanguigna, la sudorazione gioca un ruolo importante nella termoregolazione fisica, quindi la pelle ha una funzione speciale di trasferimento del calore - qui il sangue riscaldato nei muscoli o nel "nucleo" si raffredda e si realizzano i meccanismi di sudorazione e traspirazione Qui.

b Normalmente la conduzione del calore può essere trascurata perché La conduttività termica dell'aria è bassa. La conduttività termica dell'acqua è 20 volte superiore, quindi il trasferimento di calore per conduzione gioca un ruolo significativo e diventa un fattore significativo nell'ipotermia nel caso di vestiti bagnati, calzini umidi, ecc.

b Trasferimento di calore più efficiente per convezione (cioè spostando particelle di gas o liquido, mescolando i loro strati riscaldati con quelli raffreddati). In un ambiente aereo, anche in condizioni di riposo, il trasferimento di calore per convezione rappresenta fino al 30% della perdita di calore. Il ruolo della convezione nel vento o durante il movimento umano aumenta ancora di più.

b Il trasferimento di calore per irraggiamento da un corpo riscaldato a uno freddo avviene secondo la legge di Stefan-Boltzmann ed è proporzionale alla differenza in quarte potenze della temperatura della pelle (indumenti) e della superficie degli oggetti circostanti. In questo modo, in condizioni “confortevoli”, una persona spogliata rinuncia fino al 45% dell'energia termica, ma per una persona vestita in modo caldo, la perdita di calore per irraggiamento non gioca un ruolo speciale.

b Anche l’evaporazione dell’umidità dalla pelle e dalla superficie dei polmoni è un modo efficace di trasferimento del calore (fino al 25%) in condizioni “confortevoli”. In condizioni di elevata temperatura ambiente e intensa attività muscolare, il trasferimento di calore attraverso l'evaporazione del sudore gioca un ruolo dominante: con 1 grammo di sudore vengono portate via 0,6 kcal di energia. Non è difficile calcolare il volume totale di calore perso attraverso il sudore, dato che in condizioni di intensa attività muscolare una persona può perdere fino a 10-12 litri di liquidi in una giornata lavorativa di otto ore. Al freddo, la perdita di calore attraverso il sudore di una persona ben vestita è piccola, ma anche in questo caso bisogna tenere conto della perdita di calore dovuta alla respirazione. In questo processo, due meccanismi di trasferimento del calore vengono combinati contemporaneamente: convezione ed evaporazione. La perdita di calore e di liquidi attraverso la respirazione è piuttosto significativa, soprattutto durante un'intensa attività muscolare in condizioni di bassa umidità atmosferica.

Un fattore significativo che influenza i processi di termoregolazione sono le reazioni vasomotorie (vasomotorie) della pelle. Con il restringimento più pronunciato del letto vascolare, la perdita di calore può diminuire del 70% e con la massima espansione può aumentare del 90%.

Le differenze tra le specie nella termoregolazione chimica sono espresse nella differenza nel livello del metabolismo di base (nella zona di termoneutralità), nella posizione e ampiezza della zona termoneutrale, nell'intensità della termoregolazione chimica (un aumento del metabolismo quando la temperatura ambientale diminuisce di 1°C) , nonché nel raggio d'azione efficace della termoregolazione. Tutti questi parametri riflettono la specificità ecologica delle singole specie e cambiano in modo adattivo a seconda della posizione geografica della regione, della stagione dell'anno, dell'altitudine e di una serie di altri fattori ambientali.

Le reazioni regolatrici volte a mantenere una temperatura corporea costante durante il surriscaldamento sono rappresentate da vari meccanismi per aumentare il trasferimento di calore verso l'ambiente esterno. Tra questi, il trasferimento di calore è diffuso e molto efficace poiché intensifica l'evaporazione dell'umidità dalla superficie del corpo e/o dalle vie respiratorie superiori. Quando l'umidità evapora, viene consumato calore, il che può aiutare a mantenere l'equilibrio termico. La reazione si attiva quando ci sono segni di surriscaldamento del corpo.

Pertanto, i cambiamenti adattativi nello scambio di calore nel corpo umano possono mirare non solo a mantenere un elevato livello di metabolismo, come nella maggior parte delle persone, ma anche a stabilire un livello basso in condizioni che minacciano l'esaurimento delle riserve energetiche.

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In base alla loro capacità di mantenere una temperatura corporea costante, gli animali si dividono in poichilotermi, omeotermi ed eterotermi.

Poichilotermico gli organismi (dal greco poikilos - mutevole) non sono in grado di mantenere la temperatura corporea a un livello costante, poiché producono poco calore e dispongono di meccanismi imperfetti per mantenerla.

Omeotermico gli organismi (dal greco homeo - simile, identico), di cui fa parte l'uomo, producono molto calore e si distinguono per una relativa costanza della temperatura corporea, che cambia leggermente durante il giorno.

Eterotermico gli organismi (dal greco heteros - altro) si distinguono per il fatto che le fluttuazioni della loro temperatura corporea superano i limiti caratteristici degli animali omeotermici. Questo è tipico delle prime fasi dell'ontogenesi, del letargo di alcuni animali omeotermi, nonché di mammiferi e uccelli con dimensioni corporee molto piccole.

Il fattore temperatura determina la velocità dei processi enzimatici, dell'assorbimento, dell'eccitazione e della contrazione muscolare.

È noto che la temperatura è diversa nelle parti superficiali e profonde del corpo umano. Le regioni interne del corpo, che costituiscono circa il 50% della sua massa, sono chiamate “nucleo”. Ciò include il cervello, il cuore, il fegato e altri organi interni. La temperatura del “cuore” varia leggermente, attestandosi su un valore di circa 36,7-37°C. Allo stesso tempo, in diverse parti del "nucleo" gli indicatori di temperatura possono essere diversi.

A fini clinici, la temperatura interna viene valutata in alcune zone del corpo facilmente accessibili, la cui temperatura è praticamente uguale a quella degli organi interni. Tali aree accessibili sono il retto, la cavità orale e l'ascella. È noto che la temperatura orale (sublinguale) è solitamente inferiore di 0,2-0,5 °C rispetto alla temperatura rettale e quella ascellare (nella zona della fossa ascellare) è inferiore di 0,5-0,8 °C. Quando si preme saldamente la mano sul petto, il bordo dello strato interno del “nucleo” raggiunge quasi l'ascella, ma per raggiungere questo obiettivo devono trascorrere circa 10 minuti. La temperatura ascellare di una persona sana è 36,0-36,9 °C.

La temperatura dello strato superficiale del corpo spesso 2,5 cm, chiamato "guscio", varia in diverse zone del corpo a diverse temperature ambientali. Ad una temperatura ambiente confortevole, la temperatura media della pelle di una persona nuda è di 33-34 °C. Allo stesso tempo, la temperatura della pelle del piede è significativamente inferiore alla temperatura delle aree prossimali degli arti inferiori e, in misura ancora maggiore, del busto e della testa. La temperatura della pelle nella zona del piede in condizioni confortevoli può essere pari a 24-28 ° C e con variazioni della temperatura esterna - 13-53 ° C, che è determinata da due fattori: la temperatura esterna e l'afflusso di sangue alla pelle del piede.

La maggior parte dei mammiferi ha una temperatura corporea compresa tra 36 e 39 °C, nonostante le ampie variazioni nelle dimensioni corporee tra i diversi animali. L'intensità del metabolismo (produzione di calore) è determinata sia dalla massa corporea che dalla quantità di trasferimento di calore dalla superficie del corpo. In base a ciò, la produzione di calore per 1 kg di massa dovrebbe essere maggiore negli animali di piccole dimensioni e con un rapporto maggiore tra superficie e peso corporeo rispetto agli animali di grandi dimensioni.

La temperatura corporea è determinata dalla relazione tra due processi: produzione di calore e trasferimento di calore. Quando non corrispondono tra loro e c'è il pericolo di cambiamenti nella temperatura corporea, i processi di regolazione come parte del sistema di termoregolazione funzionale modificano in modo adattivo la produzione di calore (termoregolazione chimica) e la perdita di calore (termoregolazione fisica). Ciò garantisce la relativa stabilità della temperatura costante dell'ambiente interno del corpo, che C. Bernard chiamò la base della "vita libera e indipendente". Infatti, la temperatura corporea di una persona nuda può rimanere stabile per diversi minuti con variazioni della temperatura ambiente comprese tra 21-53°C.

La termoregolazione chimica si riferisce ai cambiamenti nell'intensità delle reazioni metaboliche esotermiche durante le quali viene generato calore. Quando il corpo umano è esposto al freddo, la produzione di calore può aumentare da 3 a 5 volte.

Esistono produzione di calore contrattile e non contrattile.

La produzione di calore contrattile è associata alle contrazioni volontarie e involontarie dei muscoli scheletrici.

Contrazioni arbitrarie possono portare ad un aumento molteplice della generazione di calore, mentre aumenta anche la perdita di calore a causa dell’aumento del trasferimento di calore per convezione.

Uno dei tipi di produzione involontaria di calore è il tremore: un tipo specifico di contrazione muscolare che si verifica in una persona con una significativa diminuzione della temperatura dell'ambiente esterno del corpo e aumenta più volte la formazione di calore. A differenza della generazione di calore durante le contrazioni muscolari volontarie, la generazione di calore durante i brividi è un metodo economico di produzione di calore, poiché un tipo speciale di attività contrattile delle unità motorie ad alta soglia durante i brividi assicura la conversione di quasi tutta l'energia della contrazione muscolare in energia termica. energia.

Un altro tipo di produzione involontaria di calore sono le contrazioni toniche termoregolatrici (tono termoregolatore), che si sviluppano nei muscoli della schiena, del collo e di alcune altre aree. In questo caso la produzione di calore aumenta di circa il 40-50%. Le contrazioni toniche termoregolatrici dei muscoli scheletrici iniziano quando la temperatura esterna diminuisce di circa 2°C rispetto al livello di comfort. Tali contrazioni hanno il carattere di un tetano seghettato, vicino alla modalità delle contrazioni singole. Il tono termoregolatore è un mezzo più sottile per aumentare la produzione di calore rispetto ai due precedenti.

La termogenesi non contrattile è anche un meccanismo di termoregolazione chimica, espresso in modo significativo in un organismo adattato al freddo. La quota di tale meccanismo nel garantire l'aumento della produzione di calore al freddo può essere del 50-70%. Questo fenomeno si sviluppa in vari tessuti. Il tessuto adiposo bruno è considerato un substrato specifico per tale produzione di calore, dopo la rimozione del quale la resistenza del corpo al freddo viene significativamente ridotta. La massa del tessuto adiposo bruno, che solitamente rappresenta l'1-2% del peso corporeo, può aumentare fino al 5% del peso corporeo durante l'adattamento al freddo. Il livello del metabolismo energetico di un dato tessuto, espresso per unità di massa, è più di tre volte superiore al livello dei muscoli in attività;

Il tasso di ossidazione degli acidi grassi nel tessuto adiposo bruno è 20 volte superiore a quello del tessuto adiposo bianco.

Il ruolo termoregolatore del tessuto adiposo bruno non è del tutto chiaro. Si ritiene che sia una ricca fonte di acidi grassi liberi, un substrato di reazioni ossidative, la cui velocità aumenta se esposto al freddo. Nello stesso tessuto adiposo bruno, quando esposto al freddo, il flusso sanguigno e il livello del metabolismo aumentano e la temperatura aumenta, nonostante la diminuzione della temperatura della pelle sopra questo tessuto. È qui che è nata l’ipotesi attualmente popolare sul ruolo calorico del tessuto adiposo bruno: quando esposto al freddo, riscalda i grandi vasi vicini che dirigono il sangue al cervello. Nell'adulto, questo tessuto è localizzato nel collo, nella regione interscapolare, nel mediastino vicino all'aorta, nelle grandi vene e nella catena simpatica. Nella stagione invernale, nelle persone che lavorano all'aperto, il tessuto adiposo bruno è ipertrofico e più attivo rispetto alla stagione estiva.

Il trasferimento di calore avviene attraverso flussi di calore interni ed esterni. Più della metà del flusso interno dalle fonti di calore alla superficie corporea è fornito dalla convezione del sangue, il resto del calore viene condotto attraverso altri tessuti. In questo caso, la conduttività termica del tessuto dipende dal suo spessore e dalla quantità di tessuto adiposo, nonché dal livello del flusso sanguigno in questo strato.

Il ruolo del flusso sanguigno è dovuto al fatto che può variare in modo significativo a causa dei cambiamenti nel lume dei vasi sanguigni, in particolare dello stato delle anastomosi arteriole-venulari.

L'apporto sanguigno alle zone superficiali del corpo svolge un ruolo termoregolatore molto importante, fornendo un flusso di calore esterno. Il “gioco” dei vasi sanguigni nella pelle delle dita può modificare il flusso sanguigno al suo interno 100 volte. Con una vasodilatazione completa, la perdita di calore può aumentare 8 volte rispetto al livello di vasocostrizione completa.

La conduttività termica dei tessuti, inoltre, è determinata dalla natura dell'utilizzo del sistema vascolare controcorrente, che si trova, ad esempio, negli arti. Pertanto, in condizioni fredde, il sangue venoso scorre principalmente non attraverso le vene superficiali, come accade in condizioni calde, ma attraverso le vene profonde. Di conseguenza, il sangue venoso viene riscaldato dal sangue parallelo alle arterie vicine e non viene raffreddato nella stessa misura del flusso sanguigno superficiale.

Tuttavia, una significativa diminuzione del flusso sanguigno negli strati superficiali del corpo sotto l'influenza del freddo può portare all'interruzione dell'afflusso di sangue a questi tessuti e al congelamento.

Il flusso di calore esterno è fornito da conduzione, convezione, irraggiamento ed evaporazione.

1. Se la pelle è più calda dell'aria circostante, si verifica una convezione naturale, ad es. spostando verso l'alto lo strato d'aria riscaldata dalla pelle e sostituendolo con aria più fredda. La convezione forzata, che si verifica durante i movimenti del corpo o dell'aria, aumenta significativamente l'intensità del trasferimento di calore.

2. Quando una persona è immersa in acqua la cui temperatura è inferiore a quella neutra (per la maggior parte delle persone la temperatura dell'acqua è 31-36 °C), il flusso di calore esterno può aumentare 2-4 volte a causa portando avanti, poiché la conducibilità termica dell'acqua è 25 volte superiore alla conducibilità termica dell'aria. Il principale meccanismo di trasferimento del calore da parte del corpo umano nell'acqua è tuttavia la convezione. Per questo motivo, l'effetto di raffreddamento dell'acqua corrente è 50-100 volte maggiore dell'effetto dell'aria. Se la temperatura dell’acqua è vicina allo zero (“acqua ghiacciata”), il corpo umano si raffredda a una velocità di 6 °C all’ora e la morte può verificarsi entro 1-3 ore.

Nuotare in acque al di sotto del livello di comfort aumenta significativamente il trasferimento di calore per convezione. Aumentare il contenuto di grassi del corpo può limitare questo effetto.

3. Il trasferimento di calore per irraggiamento è fornito dai raggi infrarossi con una lunghezza d'onda di 5-20 micron. Questi raggi vengono emessi dalla pelle quando ad una certa distanza da essa si trovano oggetti con una temperatura inferiore. Una persona nuda può perdere fino al 60% del suo calore in questo modo.

4. Circa il 20% del trasferimento di calore dal corpo umano in condizioni di temperatura ambiente confortevole avviene attraverso l'evaporazione. Questo percorso è l'unico modo per trasferire calore all'ambiente se la sua temperatura è uguale alla temperatura corporea. Facendo evaporare 1 litro d'acqua, una persona può cedere un terzo di tutto il calore generato in condizioni di riposo durante il giorno. L’aumento del tasso di sudorazione è uno dei principali meccanismi di adattamento ai climi caldi.

Esistono due opzioni per l'evaporazione dell'acqua dalla superficie del corpo: 1) evaporazione del sudore a seguito del suo rilascio, 2) evaporazione dell'acqua che appare sulla superficie per diffusione - perdita d'acqua “impercettibile”. Quest'ultimo meccanismo garantisce la perdita di acqua (fino a 600 ml al giorno) e di calore, ad esempio, attraverso le mucose delle vie aeree. Un contributo significativo alla fornitura di meccanismi adattativi per modificare il trasferimento di calore è dato dalla componente comportamentale del sistema di termoregolazione funzionale. In condizioni di freddo, la regolazione comportamentale può essere molto efficace, limitando in modo significativo il contatto del corpo con l'ambiente esterno. L’abbigliamento umano dimezza circa la perdita di calore rispetto all’emissione di calore di un corpo nudo; l’abbigliamento “di tipo artico” può ridurre la perdita di calore di 5-6 volte.

La zona di comfort termico di una persona dipende dalla natura dell’ambiente esterno, determinata dalla sua tipologia, temperatura, umidità (se questo ambiente è aria), velocità di movimento e presenza di oggetti con temperatura diversa rispetto alla temperatura corporea. In determinate condizioni si sviluppa uno stato di comfort termico, mentre l'attività dei meccanismi di termoregolazione è minima. La zona di comfort (zona termoneutrale) con umidità dell'aria di circa il 50% e temperature uguali dell'aria e delle pareti della stanza per una persona leggermente vestita in posizione seduta corrisponde ad una temperatura di 25-26 °C. Per una persona nuda la temperatura di comfort in queste condizioni passa a 28°C.

Regolazione della temperatura corporea.

I termorecettori periferici, formati dalle terminazioni libere di sottili fibre sensoriali di tipo A (delta) e C, sono localizzati nella pelle e negli organi interni. Ci sono anche centrali , termorecettori localizzati nell'ipotalamo.

I termocettori cutanei trasmettono segnali sui cambiamenti della temperatura ambientale ai centri di termoregolazione e assicurano anche la formazione di sensazioni di temperatura. Il numero di recettori del freddo cutaneo è molte volte maggiore del numero di recettori termici. I recettori del freddo predominano anche negli organi e nei tessuti interni.

Nella colonna vertebrale e nel mesencefalo, così come nell'ipotalamo (soprattutto nella sua area preottica mediale), si trovano termorecettori centrali, chiamati anche termosensori. Questi sono neuroni che possono essere eccitati quando vengono raffreddati direttamente, riscaldati di 0,1 o C o più e, di conseguenza, modificano l'intensità sia della produzione di calore che del trasferimento di calore dal corpo nel suo insieme. Ad esempio, quando l'area preottica dell'ipotalamo viene riscaldata, la sudorazione aumenta immediatamente, i vasi cutanei si dilatano e la produzione di calore diminuisce. Un aumento della scarica dei neuroni termici precede un aumento della frequenza respiratoria, con la quale aumenta anche il trasferimento di calore. Le strutture termosensibili del midollo medio e spinale sono a loro volta collegate all'ipotalamo posteriore. Pertanto, i dispositivi centrali del sistema di termoregolazione funzionale dispongono di un gran numero di canali di ingresso.

Centro di termoregolazione. Il ruolo principale nella termoregolazione è svolto dalle strutture dell'ipotalamo, come dimostrato dalla sezione cerebrale. Pertanto, in un gatto, la sezione rostrale all'ipotalamo non porta a cambiamenti significativi nella termoregolazione, ma dopo l'interruzione delle connessioni dell'ipotalamo con il mesencefalo, gli animali praticamente perdono la capacità di modificare la produzione di calore e il trasferimento di calore durante la stimolazione della temperatura.

Si presume che ci siano tre tipi di neuroni termoregolatori nell'ipotalamo:

1) neuroni afferenti che ricevono segnali dai termorecettori periferici e centrali;

2) intercalari, o interneuroni;

3) neuroni efferenti, i cui assoni controllano l'attività degli effettori del sistema di termoregolazione.

Dai termorecettori periferici, le informazioni entrano nell'ipotalamo anteriore, la sua area preottica mediale. Qui, i segnali ricevuti dalla periferia vengono confrontati con l'attività dei termosensori centrali, che riflettono lo stato della temperatura del cervello.

Sulla base dell'integrazione delle informazioni provenienti da queste due fonti, l'ipotalamo posteriore fornisce la produzione di segnali che controllano i processi di produzione e trasferimento di calore. È qui che si trovano i neuroni la cui attività dipende dalla stimolazione termica locale sia dell'area preottica dell'ipotalamo che dei neuroni del midollo spinale cervicotoracico.

Anche le strutture cerebrali superiori, in particolare la neocorteccia, partecipano alla termoregolazione. È stato dimostrato il ruolo del meccanismo del riflesso condizionato nell'organizzazione di reazioni vegetative e comportamentali avanzate volte a mantenere costante in anticipo il valore ottimale della temperatura corporea. L'imprinting, una forma precoce di memoria, può svolgere un ruolo importante nello sviluppo della resistenza individuale al freddo.

Vie efferenti della termoregolazione. Il sistema di termoregolazione è un classico esempio di sistema funzionale, poiché non ha una propria componente esecutiva (effettrice) chiaramente espressa. La regolazione della produzione di calore è effettuata dal sistema nervoso somatico, che innesca reazioni termoregolatorie contrattili, e dal sistema nervoso simpatico, che attiva la produzione di calore non contrattile. Con il blocco farmacologico dei recettori beta-adrenergici, è esclusa la partecipazione del meccanismo di produzione di calore senza brividi. La norepinefrina, rilasciata dalle terminazioni nervose simpatiche, stimola il rilascio di acidi grassi liberi dal tessuto adiposo bruno e la loro successiva inclusione nelle reazioni metaboliche. Il rilascio di catecolamine dalle ghiandole surrenali provoca gli stessi effetti. Di conseguenza, aumenta la discrepanza tra i processi di ossidazione e fosforilazione e aumenta il rilascio di calore primario.

La partecipazione dei meccanismi umorali di termoregolazione è particolarmente significativa quando si adatta a ripetuti cambiamenti della temperatura ambientale. Il ruolo della ghiandola tiroidea nell'adattamento al freddo negli esseri umani non è compreso con precisione. Negli animali, sotto l'influenza del freddo, per diverse settimane, si sviluppa un aumento della secrezione di tiroxina, mentre la massa della ghiandola aumenta del 20-40%. Un aumento della secrezione di tiroxina porta all'attivazione del metabolismo cellulare. Gli esseri umani sono raramente esposti a tale raffreddamento. Tuttavia, alcuni studi hanno dimostrato che i soldati che prestano servizio a lungo nelle regioni artiche, così come gli eschimesi, sperimentano un aumento del metabolismo basale. Forse l'effetto stimolante del freddo sulla tiroide è uno dei motivi dell'aumento dell'incidenza del gozzo tiroideo tossico nei residenti delle zone fredde.

La regolazione del trasferimento di calore è associata all'attività dei neuroni simpatici noradrenergici, la cui eccitazione può portare ad una diminuzione del lume dei vasi sanguigni della pelle, e dei neuroni simpatici colinergici, che eccitano le ghiandole sudoripare. La dilatazione dei vasi sanguigni della pelle in condizioni di caldo può essere facilitata dal rilascio di bradichinina dalle ghiandole sudoripare. Esistono prove della partecipazione delle chinine alla formazione della vasodilatazione fredda.

In caso di notevole stress mentale, il restringimento dei vasi sanguigni nella pelle delle mani e dei piedi può essere accompagnato dal rilascio di sudore in queste aree. Questo fenomeno paradossale dal punto di vista della termoregolazione può essere chiamato sudorazione emotiva; non è adattivo ed è causato da un'eccessiva attivazione del sistema nervoso simpatico.

Quando la temperatura media del corpo intero si discosta di poco, cambia solo il trasferimento di calore dovuto alle reazioni vascolari del guscio. Se le deviazioni di temperatura persistono, si sviluppano reazioni adattative comportamentali e, a temperature esterne elevate, aumenta anche la sudorazione. A bassa temperatura esterna appare un'ulteriore reazione muscolare: prima aumenta il tono e quando la temperatura interna diminuisce appare il tremore.

Il parametro regolato nel sistema è la temperatura dell'ambiente interno del corpo. Per alcuni stati stabili di un sistema funzionale, la temperatura regolata è la temperatura totale del "nucleo" del corpo, alla quale non vengono attivati ​​né i meccanismi per rilasciare il calore in eccesso né i meccanismi che proteggono il corpo dal freddo

Con la tendenza ad abbassare la temperatura del “nucleo” del corpo (temperatura del sangue circolante), si attivano i termorecettori ipotalamici freddi. Oltre ai neuroni termosensibili ipotalamici (termosensori del freddo), si verifica l'attivazione dei termorecettori vascolari e degli organi freddi. Il loro impulso provoca un'ulteriore attivazione dell'apparato neurale del centro ipotalamico della termoregolazione chimica. Come risultato della maggiore attività di questo centro, il lavoro dei dispositivi periferici di termoregolazione chimica - dispositivi di produzione di calore nel corpo - viene migliorato. In questa situazione diminuisce l'attività neurofisiologica del centro di termoregolazione fisica, così come gli apparati periferici di trasferimento del calore. Pertanto, la tendenza emergente a ridurre la temperatura dell'ambiente interno del corpo viene bloccata.

Quando la temperatura interna del corpo aumenta si svolgono processi del piano opposto: vengono attivati ​​i termorecettori termici ipotalamici, i recettori termici dei vasi sanguigni e gli organi interni. Allo stesso tempo vengono attivati ​​i meccanismi centrali e periferici della termoregolazione fisica. Il processo di “scaricamento” del calore si intensifica e la produzione di calore nel corpo viene inibita.

Meccanismi di termoregolazione simili vengono attivati ​​dagli influssi della temperatura sui termocettori cutanei, rispondere ai cambiamenti della temperatura dell'ambiente esterno del corpo. Quando i termorecettori della pelle vengono esposti a bassa temperatura a causa di impulsi afferenti, si eccita il centro che controlla la produzione del calore, il centro della termoregolazione chimica. Ciò porta all'attivazione dei meccanismi periferici di produzione del calore nell'organismo, i meccanismi di “reset” del calore vengono inibiti. Quando la temperatura ambiente aumenta, i recettori termici vengono eccitati, il funzionamento dell'apparato di “reset” del calore aumenta e la produzione di calore nel corpo viene inibita. La presenza di termorecettori cutanei consente al sistema funzionale di organizzare in modo più sottile il processo di stabilizzazione della costante regolata al livello ottimale.

Ipertermia- aumento della temperatura corporea interna superiore a 37°C. Si verifica a causa di un'esposizione prolungata a temperature ambiente elevate, di un trasferimento di calore relativamente insufficiente dal corpo e di una produzione di calore in eccesso.

Sebbene una persona possa sopportare una temperatura corporea di 43°C per brevi periodi di tempo, il limite di sopravvivenza per un periodo di tempo più lungo è di 42°C. Tuttavia, già a una temperatura di 40-41 ° C, si sviluppa un grave danno cerebrale: gonfiore del tessuto cerebrale, morte dei neuroni.

Ipotermia- diminuzione della temperatura corporea interna a 35°C o più. Può essere il risultato di un'esposizione prolungata del corpo a un ambiente a bassa temperatura. Nella fase iniziale di raffreddamento del corpo, i processi di termoregolazione vengono attivati ​​in modo significativo, ma se continua, la temperatura corporea inizia a diminuire; quando raggiunge i 31 °C si verifica la perdita di coscienza e ad una temperatura di 24-28 °C di solito si verifica la morte.

L'habitat umano si estende dalle zone polari, dove la temperatura dell'aria raggiunge talvolta i -86°C, alle savane equatoriali e ai deserti, nelle zone più calde dei quali all'ombra si sfiora i +50°C! Tuttavia, in un intervallo di temperature così ampio, una persona mantiene la vitalità attiva ed è sufficiente grazie alla sua stabilità termica, quando la temperatura corporea oscilla entro limiti relativamente ristretti - da 36 a 37 ° C.

Omeotermia – costanza della temperatura corporea - rende una persona indipendente dalle condizioni di temperatura di residenza, poiché le reazioni biochimiche che assicurano la sua vita continuano a svolgersi a un livello ottimale grazie alla conservazione dell'adeguata attività degli enzimi tissutali e delle vitamine che li forniscono, catalizzando e attivando alcuni aspetti del metabolismo, degli ormoni tissutali, dei neurotrasmettitori e di altre sostanze, da cui dipende il normale funzionamento dell'organismo. Uno spostamento della temperatura in una direzione o nell'altra modifica drasticamente l'attività di queste sostanze e, in misura diversa, per ciascuna di esse - di conseguenza, si verifica una disconnessione nell'attività dei singoli aspetti del metabolismo. Negli animali poichilotermi, a sangue freddo, la cui temperatura corporea è determinata dalla temperatura ambiente (aumenta o diminuisce con quest'ultima), l'attività dei loro enzimi tissutali come catalizzatori biologici cambia insieme ai cambiamenti delle condizioni termiche esterne. Ecco perché, quando la temperatura scende, il grado di manifestazione della loro attività vitale diminuisce fino a cessare completamente - la cosiddetta animazione sospesa, e a temperature molto elevate si verifica la morte o l'essiccazione, che in alcuni poichilotermi è anche un tipo di animazione sospesa. Pertanto, al variare della temperatura esterna, l'attività vitale di alcuni insetti (locuste) può essere ripristinata sia dopo il congelamento alla temperatura dell'azoto liquido (–189°C) sia dopo l'essiccazione. È stato descritto un caso di rinascita, anche se di breve durata, di un tritone gigante che era rimasto congelato in un ghiacciaio, secondo gli esperti, almeno circa 5.000 anni fa.

Pertanto, la capacità di mantenere una temperatura corporea costante in diverse condizioni di vita rende gli animali a sangue caldo indipendenti dalle circostanze della natura e capaci di mantenere un elevato livello di vitalità. Questa capacità è dovuta ad un complesso sistema di termoregolazione, che garantisce una diminuzione della produzione di calore e un trasferimento di calore attivo in caso di pericolo di surriscaldamento e l'attivazione della termogenesi quando il trasferimento di calore è limitato - in caso di pericolo di ipotermia.

Le statistiche mostrano che in Russia, di tutti i casi di invalidità temporanea, oltre il 40% è dovuto a raffreddore, il che dà alla persona media motivo di considerare imperfetto il sistema di termoregolazione. Tuttavia, ci sono molti fatti che indicano un'elevata resistenza umana naturale alle basse temperature. Così i responsabili dello yoga competono a temperature inferiori a –20°C nella velocità di asciugatura delle lenzuola bagnate con il calore dei loro corpi, seduti nudi sul ghiaccio di un lago ghiacciato. È diventata tradizione che i nuotatori appositamente addestrati nuotino attraverso lo stretto di Bering dall'Alaska alla Chukotka (più di 40 km) ad una temperatura dell'acqua compresa tra +4°C e +6°C. Gli Yakut strofinano i neonati con la neve, gli Ostyak e i Tungus li immergono nella neve, vi versano sopra dell'acqua fredda e poi li avvolgono in pelli di renna... In questo caso, a quanto pare, dovremmo parlare piuttosto di perversione dei meccanismi perfetti di termoregolazione umana da condizioni che sono lontane dalle condizioni che le hanno formate nell'evoluzione della vita dell'uomo moderno che dall'imperfezione dei meccanismi stessi.

Mentre la maggior parte delle funzioni vitali - circolazione sanguigna, respirazione, ecc. - hanno alcuni apparati strutturali e funzionali specifici, la termoregolazione non ha un tale organo ed è una funzione dell'intero organismo nel suo insieme.

Secondo lo schema proposto da I.P. Pavlov, un organismo a sangue caldo può essere rappresentato come un "nucleo" relativamente termostabile e un "guscio" con un ampio intervallo di temperature. Il nucleo, la cui temperatura oscilla tra 36,8 e 37,5 ° C, comprende principalmente organi interni vitali: cuore, fegato, stomaco, intestino, ecc. Particolarmente degno di nota è il ruolo del fegato, che ha una temperatura relativamente alta - superiore a 37,5° C, e l'intestino crasso, la cui microflora, nel corso della sua attività vitale, produce molto calore, garantendo il mantenimento della temperatura dei tessuti adiacenti. Il guscio termolabile è costituito da arti, pelle e tessuti sottocutanei, muscoli, ecc. La temperatura delle diverse parti del guscio varia ampiamente. Pertanto, la temperatura delle dita dei piedi è di circa 24°C, l'articolazione della caviglia è di 30–31°C, la punta del naso è di 25°C, l'ascella, il retto è di 36,5–36,9°C, ecc. Tuttavia, la temperatura del guscio è molto mobile, il che è determinato dalle condizioni di vita e dallo stato del corpo, quindi il suo spessore può cambiare da molto sottile al caldo a molto potente, comprimendo il nucleo al freddo. Tale rapporto tra nucleo e guscio è dovuto al fatto che il primo produce principalmente calore (a riposo), e il secondo deve garantire la conservazione di questo calore. Ciò spiega il fatto che nelle persone indurite il guscio avvolge rapidamente e in modo affidabile il nucleo al freddo, mantenendo condizioni ottimali per mantenere l'attività di organi e sistemi vitali, mentre nelle persone non indurite il guscio rimane sottile anche in queste condizioni, creando una minaccia di ipotermia del nucleo (ad esempio, quando una diminuzione della temperatura polmonare di soli 0,5°C rappresenta un pericolo di polmonite).

La stabilità termica del corpo è assicurata principalmente da due meccanismi regolatori complementari: fisico e chimico. Termoregolazione fisica Si attiva principalmente quando c'è pericolo di surriscaldamento e comporta il rilascio di calore nell'ambiente. In questo caso sono inclusi tutti i possibili meccanismi di trasferimento del calore: radiazione termica, scambio termico, convezione ed evaporazione. La radiazione termica viene effettuata a causa dei raggi infrarossi emanati dalla pelle ad alta temperatura. La conduzione del calore avviene grazie alla differenza di temperatura tra la pelle e l'aria circostante. Questa differenza aumenta a causa dell'iperemia - dilatazione dei vasi cutanei e dell'afflusso di sangue più caldo dagli organi interni, motivo per cui il colore della pelle diventa rosa con il calore. In questo caso, l'efficienza del trasferimento di calore è determinata dalla conduttività termica e dalla capacità termica dell'ambiente esterno: pertanto, questi indicatori alle temperature corrispondenti dell'acqua sono 20–27 volte superiori a quelli dell'aria. Ciò rende chiaro il motivo per cui la temperatura dell’aria termoconfortevole per l’uomo è di circa 18°C ​​e la temperatura dell’acqua è di 34°C. La trasmissione del calore dovuta all'evaporazione del sudore è molto efficace, poiché quando 1 ml di sudore evapora dalla superficie del corpo, il corpo perde 0,56 kcal di calore. Se consideriamo che un adulto produce circa 800 ml di sudore anche in condizioni di scarsa attività fisica, risulta evidente l'efficacia di questo metodo.

In diverse condizioni di vita, il rapporto tra la perdita di calore in un modo o nell'altro cambia notevolmente. Pertanto, a riposo e alla temperatura dell'aria ottimale, il corpo perde il 31% del calore generato per conduzione, il 44% per irraggiamento, il 22% per evaporazione (anche a causa dell'umidità delle vie respiratorie) e il 3% per convezione. Con un forte vento aumenta il ruolo della convezione, con un aumento dell'umidità dell'aria - conduzione e con un lavoro intenso - evaporazione (ad esempio, con un'attività fisica intensa, l'evaporazione del sudore a volte raggiunge i 3-4 litri all'ora!).

L'efficienza del trasferimento di calore dal corpo è eccezionalmente elevata. Calcoli biofisici mostrano che l'interruzione di questi meccanismi, anche in una persona a riposo, porterebbe ad un aumento della temperatura corporea entro un'ora fino a 37,5 °C e dopo 6 ore fino a 46–48 °C, quando la distruzione irreversibile delle proteine iniziano le strutture.

Termoregolazione chimica diventa particolarmente importante quando esiste il rischio di ipotermia. La perdita di pelo da parte dell'uomo rispetto agli animali lo ha reso particolarmente sensibile agli effetti delle basse temperature, come dimostra il fatto che gli esseri umani hanno quasi 30 volte più recettori del freddo che recettori del calore. Allo stesso tempo, il miglioramento dei meccanismi di adattamento al freddo ha portato al fatto che una persona tollera una diminuzione della temperatura corporea molto più facilmente di un aumento. Pertanto, i neonati possono facilmente tollerare una diminuzione della temperatura corporea di 3-5°C, ma hanno difficoltà con un aumento di 1-2°C. Un adulto tollera l'ipotermia fino a 33-34°C senza conseguenze, ma perde conoscenza se surriscaldato da fonti esterne fino a 38,6°C, sebbene con febbre da infezione possa mantenere la coscienza anche a 42°C. Allo stesso tempo, si sono verificati casi di rinascita di persone congelate la cui temperatura cutanea è scesa sotto il punto di congelamento.

L'essenza della termoregolazione chimica è modificare l'attività dei processi metabolici nel corpo: ad alte temperature esterne diminuisce e a basse temperature aumenta. Gli studi dimostrano che quando la temperatura ambiente diminuisce di 1°C, l'attività metabolica in una persona nuda a riposo aumenta del 10%. (Tuttavia, la disattivazione dei meccanismi superiori di regolazione della termostabilità negli animali a sangue caldo mediante l'anestesia e i cosiddetti neurolettici li rende dipendenti dalla temperatura ambiente, e quando la loro temperatura corporea viene raffreddata a 32°C, il loro consumo di ossigeno diminuisce a 50%, a 20°C - fino al 20%, e a +1°С – fino all'1% del livello iniziale.)

Di particolare importanza per il mantenimento della temperatura corporea è il tono dei muscoli scheletrici, che aumenta con la diminuzione della temperatura ambiente e diminuisce con il riscaldamento. È significativo che questi processi procedano più attivamente, più pericolosa è l'imminente violazione della stabilità termica. Pertanto, a una temperatura dell'aria di 25–28°C (e soprattutto in combinazione con un'elevata umidità dell'aria), i muscoli sono ampiamente rilassati e l'energia termica che producono è trascurabile. Al contrario, quando c'è il pericolo di ipotermia, tremore - contrazioni scoordinate delle fibre muscolari, quando il lavoro meccanico esterno è quasi completamente assente e quasi tutta l'energia delle fibre contraenti viene convertita in energia termica (questo fenomeno è chiamato non contrattile termogenesi) diventa sempre più importante. Non sorprende, quindi, che durante il tremore la produzione di calore del corpo possa aumentare più di tre volte e durante un intenso lavoro fisico - 10 volte o più.

Anche i polmoni svolgono un indubbio ruolo nella termoregolazione chimica, che, a causa dei cambiamenti nell'attività metabolica dei grassi ipercalorici inclusi nella loro struttura, mantengono una temperatura relativamente costante - motivo per cui a temperature esterne elevate il sangue che scorre dai polmoni è più fresca e, a basse temperature, è più calda dell'aria inalata.

I meccanismi fisici e chimici della termoregolazione funzionano con un alto grado di coordinazione grazie alla presenza nel sistema nervoso centrale di un centro corrispondente nel diencefalo (ipotalamo). Pertanto, a temperature ambiente elevate, da un lato aumenta il trasferimento di calore (a causa dell'aumento della temperatura cutanea, dell'aumento della respirazione, dell'aumento dei processi di evaporazione del sudore, ecc.) e dall'altro diminuisce la produzione di calore (a causa della diminuzione dei muscoli tono, passaggio all'assorbimento degli alimenti meno energetici da parte dell'organismo); a basse temperature è vero il contrario: la produzione di calore aumenta e il trasferimento di calore diminuisce.

Pertanto, i perfetti meccanismi di termoregolazione umana consentono di mantenere una vitalità ottimale in un ampio intervallo di temperature esterne.

R. La vita umana può svolgersi solo in un ristretto intervallo di temperature.

La temperatura ha un impatto significativo sul corso dei processi vitali nel corpo umano e sulla sua attività fisiologica. I processi vitali sono limitati a un intervallo ristretto di temperatura interna entro il quale possono verificarsi le reazioni enzimatiche di base. Per l’uomo, una diminuzione della temperatura corporea al di sotto dei 25°C e un aumento al di sopra dei 43°C sono solitamente fatali. Le cellule nervose sono particolarmente sensibili ai cambiamenti di temperatura.

Calore provoca un'intensa sudorazione, che porta alla disidratazione dell'organismo, alla perdita di sali minerali e di vitamine idrosolubili. La conseguenza di questi processi è l'ispessimento del sangue, l'interruzione del metabolismo del sale, la secrezione gastrica e lo sviluppo di carenza vitaminica. La perdita di peso accettabile dovuta all'evaporazione è del 2-3%. Con una perdita di peso del 6% dovuta all'evaporazione, l'attività mentale è compromessa e con una perdita di peso del 15-20% si verifica la morte. L'effetto sistematico dell'alta temperatura provoca cambiamenti nel sistema cardiovascolare: aumento della frequenza cardiaca, cambiamenti nella pressione sanguigna, indebolimento della capacità funzionale del cuore. L'esposizione prolungata alle alte temperature porta all'accumulo di calore nel corpo, mentre la temperatura corporea può salire fino a 38-41°C e può verificarsi un colpo di calore con perdita di coscienza.

Basse temperature può causare raffreddamento e ipotermia del corpo. Durante il raffreddamento, il corpo riduce di riflesso il trasferimento di calore e aumenta la produzione di calore. Una diminuzione del trasferimento di calore si verifica a causa dello spasmo (costrizione) dei vasi sanguigni e di un aumento della resistenza termica dei tessuti corporei. L'esposizione prolungata alle basse temperature porta a spasmi vascolari persistenti e all'interruzione della nutrizione dei tessuti. L'aumento della produzione di calore durante il raffreddamento si ottiene grazie agli sforzi dei processi metabolici ossidativi nel corpo (una diminuzione della temperatura corporea di 1°C è accompagnata da un aumento dei processi metabolici di 10°C). L'esposizione alle basse temperature è accompagnata da un aumento della pressione sanguigna, del volume inspiratorio e da una diminuzione della frequenza respiratoria. Il raffreddamento del corpo modifica il metabolismo dei carboidrati. Un grande raffreddamento è accompagnato da una diminuzione della temperatura corporea, dall'inibizione delle funzioni degli organi e dei sistemi corporei.

B. Nucleo e guscio esterno del corpo.

Dal punto di vista della termoregolazione, il corpo umano può essere immaginato come costituito da due componenti: esterni conchiglia e interno noccioli.

Nucleo- questa è la parte del corpo che ha una temperatura costante (organi interni), e conchiglia- una parte del corpo in cui è presente un gradiente di temperatura (si tratta di tessuti dello strato superficiale del corpo spessi 2,5 cm). Attraverso il guscio avviene lo scambio di calore tra il nucleo e l'ambiente, cioè i cambiamenti nella conduttività termica del guscio determinano la costanza della temperatura del nucleo. La conduttività termica cambia a causa dei cambiamenti nell'afflusso di sangue e nel riempimento sanguigno dei tessuti della membrana.

La temperatura delle diverse parti del nucleo è diversa. Ad esempio, nel fegato: 37,8-38,0°C, nel cervello: 36,9-37,8°C. In generale, la temperatura interna del corpo umano è 37,0°C. Ciò si ottiene attraverso processi di termoregolazione endogena, il cui risultato è un equilibrio stabile tra la quantità di calore prodotta nel corpo per unità di tempo ( produzione di calore) e la quantità di calore dissipata dal corpo nello stesso tempo nell'ambiente ( trasferimento di calore).

La temperatura della pelle umana in diverse aree varia da 24,4°C a 34,4°C. La temperatura più bassa si osserva sulle dita dei piedi, quella più alta sotto l'ascella. È sulla base della misurazione della temperatura sotto l'ascella che solitamente si giudica la temperatura corporea in un dato momento.

Secondo i dati medi, la temperatura media della pelle di una persona nuda in condizioni di temperatura dell'aria confortevole è di 33-34°C. Ci sono fluttuazioni giornaliere della temperatura corporea. L'ampiezza delle oscillazioni può raggiungere 1°C. La temperatura corporea è minima nelle ore che precedono l'alba (3-4 ore) e massima durante il giorno (16-18 ore).

È noto anche il fenomeno dell'asimmetria della temperatura. Si osserva in circa il 54% dei casi e la temperatura sotto l'ascella sinistra è leggermente più alta che a destra. L'asimmetria è possibile anche in altre aree della pelle e la gravità dell'asimmetria superiore a 0,5°C indica una patologia.

B. Trasferimento di calore. Equilibrio tra generazione e trasferimento di calore nel corpo umano.

I processi della vita umana sono accompagnati dalla continua generazione di calore nel suo corpo e dal rilascio del calore generato nell'ambiente. Lo scambio di energia termica tra il corpo e l'ambiente si chiama p scambio di calore. La produzione e il trasferimento del calore sono causati dall'attività del sistema nervoso centrale, che regola il metabolismo, la circolazione sanguigna, la sudorazione e l'attività dei muscoli scheletrici.

Il corpo umano è un sistema autoregolante con una fonte di calore interna, in cui, in condizioni normali, la produzione di calore (la quantità di calore generato) è uguale alla quantità di calore rilasciata all'ambiente esterno (trasferimento di calore). Si chiama costanza della temperatura corporea isotermico. Garantisce l'indipendenza dei processi metabolici nei tessuti e negli organi dalle fluttuazioni della temperatura ambiente.

La temperatura interna del corpo umano è costante (36,5-37°C) grazie alla regolazione dell'intensità della produzione e del trasferimento di calore in base alla temperatura esterna. E la temperatura della pelle umana esposta a condizioni esterne può variare in un intervallo relativamente ampio.

In 1 ora, il corpo umano genera tanto calore quanto necessario per far bollire 1 litro di acqua ghiacciata. E se il corpo fosse un involucro impermeabile al calore, entro un'ora la temperatura corporea aumenterebbe di circa 1,5 ° C e dopo 40 ore raggiungerebbe il punto di ebollizione dell'acqua. Durante il duro lavoro fisico, la generazione di calore aumenta molte volte di più. Eppure la nostra temperatura corporea non cambia. Perché? Si tratta di bilanciare i processi di formazione e rilascio di calore nel corpo.

Il fattore principale che determina il livello di bilancio termico è temperatura ambiente. Quando si devia dalla zona confortevole, nel corpo si stabilisce un nuovo livello di equilibrio termico, garantendo l'isotermia in nuove condizioni ambientali. Questa costanza della temperatura corporea è garantita dal meccanismo termoregolazione, compreso il processo di generazione del calore e il processo di rilascio del calore, che sono regolati dalla via neuroendocrina.

D. Il concetto di termoregolazione del corpo.

Termoregolazione- si tratta di un insieme di processi fisiologici volti a mantenere la relativa costanza della temperatura interna del corpo in condizioni di cambiamento della temperatura ambientale regolando la produzione e il trasferimento di calore. La termoregolazione ha lo scopo di prevenire disturbi dell'equilibrio termico dell'organismo o di ripristinarlo qualora tali disturbi si siano già verificati e si attua attraverso la via neuroumorale.

È generalmente accettato che la termoregolazione sia caratteristica solo degli animali omeotermici (tra cui i mammiferi (incluso l'uomo) e gli uccelli), il cui corpo ha la capacità di mantenere la temperatura delle regioni interne del corpo a un livello relativamente costante e abbastanza alto (circa 37-38°C nei mammiferi e 40-42°C negli uccelli) indipendentemente dalle variazioni della temperatura ambiente.

Il meccanismo di termoregolazione può essere rappresentato come un sistema di autocontrollo cibernetico con feedback. Le fluttuazioni della temperatura nell'aria circostante influenzano speciali formazioni di recettori ( termorecettori), sensibile alle variazioni di temperatura. I termorecettori trasmettono informazioni sullo stato termico dell'organo ai centri di termoregolazione, a loro volta i centri di termoregolazione, attraverso fibre nervose, ormoni e altre sostanze biologicamente attive, modificano il livello di trasferimento di calore e produzione di calore o parti del corpo (termoregolazione locale ), o il corpo nel suo insieme. Quando i centri di termoregolazione vengono disattivati ​​da sostanze chimiche speciali, il corpo perde la capacità di mantenere una temperatura costante. Questa funzione è stata utilizzata negli ultimi anni in medicina per il raffreddamento artificiale del corpo durante interventi chirurgici cardiaci complessi.

Termocettori cutanei.

Si stima che gli esseri umani abbiano circa 150.000 recettori del freddo e 16.000 del calore che rispondono ai cambiamenti della temperatura degli organi interni. I termorecettori si trovano nella pelle, negli organi interni, nel tratto respiratorio, nei muscoli scheletrici e nel sistema nervoso centrale.

I termorecettori della pelle sono rapidamente adattabili e reagiscono non tanto alla temperatura stessa quanto ai suoi cambiamenti. Il numero massimo di recettori si trova nella testa e nel collo, il minimo sugli arti.

I recettori del freddo sono meno sensibili e la loro soglia di sensibilità è 0,012°C (quando raffreddati). La soglia di sensibilità dei recettori termici è più alta e ammonta a 0,007°C. Ciò è probabilmente dovuto al maggior pericolo di surriscaldamento per l'organismo.

D. Tipi di termoregolazione.

La termoregolazione può essere divisa in due tipologie principali:

1. Termoregolazione fisica:

Evaporazione (sudorazione);

Radiazioni (radiazioni);

Convezione.

2. Termoregolazione chimica.

Termogenesi contrattile;

Termogenesi non contrattile.

Termoregolazione fisica(un processo che rimuove il calore dal corpo) - garantisce il mantenimento della costanza della temperatura corporea modificando il rilascio di calore da parte del corpo attraverso la conduzione attraverso la pelle (conduzione e convezione), l'irraggiamento (radiazione) e l'evaporazione dell'acqua. Il rilascio del calore costantemente generato nel corpo è regolato dai cambiamenti nella conduttività termica della pelle, dello strato di grasso sottocutaneo e dell'epidermide. Il trasferimento di calore è in gran parte regolato dalla dinamica della circolazione sanguigna nei tessuti termoconduttori e termoisolanti. All’aumentare della temperatura ambiente, l’evaporazione inizia a dominare nel trasferimento di calore.

Conduzione, convezione e radiazione sono percorsi passivi di trasferimento del calore basati sulle leggi della fisica. Sono efficaci solo se viene mantenuto un gradiente di temperatura positivo. Minore è la differenza di temperatura tra il corpo e l'ambiente, minore è la quantità di calore emessa. Con gli stessi indicatori o a temperature ambiente elevate, i metodi citati non solo sono inefficaci, ma anche il corpo si riscalda. In queste condizioni, nel corpo viene attivato un solo meccanismo di rilascio del calore: la sudorazione.

A basse temperature ambiente (15°C e inferiori), circa il 90% del trasferimento di calore giornaliero avviene per conduzione e radiazione termica. In queste condizioni non si verifica alcuna sudorazione visibile. A una temperatura dell'aria di 18-22°C diminuisce il trasferimento di calore dovuto alla conduttività termica e all'irraggiamento termico, ma aumenta la perdita di calore da parte del corpo attraverso l'evaporazione dell'umidità dalla superficie della pelle. Quando la temperatura ambiente sale a 35°C, la trasmissione del calore per irraggiamento e convezione diventa impossibile e la temperatura corporea viene mantenuta a un livello costante esclusivamente grazie all'evaporazione dell'acqua dalla superficie della pelle e dagli alveoli polmonari. Quando l'umidità dell'aria è elevata, quando l'evaporazione dell'acqua è difficile, il corpo può surriscaldarsi e si può sviluppare un colpo di calore.

In una persona a riposo, con una temperatura dell'aria di circa 20°C e un trasferimento di calore totale di 419 kJ (100 kcal) all'ora, il 66% viene perso per irraggiamento, evaporazione dell'acqua - 19%, convezione - 15% del totale perdita di calore da parte del corpo.

Termoregolazione chimica(il processo che garantisce la formazione di calore nel corpo) - si realizza attraverso il metabolismo e attraverso la produzione di calore di tessuti come i muscoli, ma anche il fegato, il grasso bruno, cioè modificando il livello di generazione di calore - mediante aumentare o indebolire l'intensità del metabolismo nelle cellule del corpo. Quando le sostanze organiche vengono ossidate, viene rilasciata energia. Parte dell'energia va alla sintesi dell'ATP (l'adenosina trifosfato è un nucleotide che svolge un ruolo estremamente importante nello scambio di energia e sostanze nel corpo). Questa energia potenziale può essere utilizzata dal corpo nelle sue ulteriori attività. Tutti i tessuti sono una fonte di calore nel corpo. Il sangue che scorre attraverso i tessuti si riscalda. Un aumento della temperatura ambiente provoca una diminuzione riflessa del metabolismo, a seguito della quale diminuisce la generazione di calore nel corpo. Quando la temperatura ambiente diminuisce, l'intensità dei processi metabolici aumenta di riflesso e aumenta la generazione di calore.

L'attivazione della termoregolazione chimica avviene quando la termoregolazione fisica è insufficiente a mantenere costante la temperatura corporea.

Consideriamo questi tipi di termoregolazione.

Termoregolazione fisica:

Sotto termoregolazione fisica comprendere l'insieme dei processi fisiologici che portano a cambiamenti nel livello di trasferimento di calore. Esistono i seguenti modi in cui il corpo rilascia calore nell'ambiente:

Evaporazione (sudorazione);

Radiazioni (radiazioni);

Conduzione termica (conduzione);

Convezione.

Vediamoli più nel dettaglio:

1. Evaporazione (sudorazione):

Evaporazione (sudorazione)- è il rilascio di energia termica nell'ambiente dovuto all'evaporazione del sudore o dell'umidità dalla superficie della pelle e dalle mucose delle vie respiratorie. Negli esseri umani, il sudore viene costantemente secreto dalle ghiandole sudoripare della pelle (“palpabile” o ghiandolare, perdita di acqua) e le mucose delle vie respiratorie vengono idratate (perdita di acqua “impercettibile”). Allo stesso tempo, la perdita di acqua “percettibile” da parte del corpo ha un impatto più significativo sulla quantità totale di calore sprigionato per evaporazione rispetto a quella “impercettibile”.

Ad una temperatura ambiente di circa 20°C l'evaporazione dell'umidità è di circa 36 g/h. Poiché in una persona vengono spese 0,58 kcal di energia termica per evaporare 1 g di acqua, è facile calcolare che attraverso l'evaporazione, il corpo umano adulto rilascia nell'ambiente circa il 20% del calore totale dissipato. L'aumento della temperatura esterna, lo svolgimento di lavori fisici e la permanenza prolungata in indumenti termoisolanti aumentano la sudorazione che può arrivare fino a 500-2.000 g/h.

Una persona non tollera temperature ambiente relativamente basse (32°C) in aria umida. Una persona può rimanere all'aria completamente secca senza un notevole surriscaldamento per 2-3 ore ad una temperatura di 50-55°C. Anche gli indumenti impermeabili all'aria (gomma, spessi, ecc.), che impediscono l'evaporazione del sudore, sono scarsamente tollerati: lo strato d'aria tra gli indumenti e il corpo si satura rapidamente di vapore e l'ulteriore evaporazione del sudore si arresta.

Il processo di trasferimento del calore attraverso l'evaporazione, sebbene sia solo uno dei metodi di termoregolazione, presenta un vantaggio eccezionale: se la temperatura esterna supera la temperatura media della pelle, il corpo non può trasferire calore all'ambiente esterno con altri metodi di termoregolazione ( radiazione, convezione e conduzione), che vedremo più avanti. In queste condizioni, il corpo inizia ad assorbire calore dall'esterno e l'unico modo per dissipare il calore è aumentare l'evaporazione dell'umidità dalla superficie del corpo. Tale evaporazione è possibile finché l'umidità dell'aria ambiente rimane inferiore al 100%. Con sudorazione intensa, elevata umidità e bassa velocità dell'aria, quando le gocce di sudore, senza avere il tempo di evaporare, si fondono e scorrono dalla superficie del corpo, il trasferimento di calore per evaporazione diventa meno efficace.

Quando il sudore evapora, il nostro corpo libera la sua energia. Infatti, grazie all'energia del nostro corpo, le molecole liquide (cioè il sudore) rompono i legami molecolari e passano dallo stato liquido a quello gassoso. L'energia viene spesa per rompere i legami e, di conseguenza, la temperatura corporea diminuisce. Un frigorifero funziona secondo lo stesso principio. Riesce a mantenere una temperatura all'interno della camera molto inferiore alla temperatura ambiente. Lo fa grazie all'elettricità consumata. E lo facciamo utilizzando l'energia ottenuta dalla scomposizione dei prodotti alimentari.

Il controllo sulla selezione degli indumenti può aiutare a ridurre la perdita di calore dovuta all’evaporazione. L'abbigliamento deve essere selezionato in base alle condizioni meteorologiche e all'attività attuale. Non essere pigro nel togliere gli indumenti in eccesso man mano che il carico aumenta. Suderai di meno. E non essere pigro per indossarlo di nuovo quando il carico si ferma. Togliere la protezione dall'acqua e dal vento se non c'è pioggia o vento, altrimenti i vestiti si bagneranno dall'interno a causa del sudore. E quando entriamo in contatto con i vestiti bagnati, perdiamo calore anche attraverso la conduttività termica. L’acqua conduce il calore 25 volte meglio dell’aria. Ciò significa che nei vestiti bagnati perdiamo calore 25 volte più velocemente. Ecco perché è importante mantenere i vestiti asciutti.

L'evaporazione è divisa in 2 tipi:

UN) Sudorazione impercettibile(senza la partecipazione delle ghiandole sudoripare) è l'evaporazione dell'acqua dalla superficie dei polmoni, delle mucose delle vie respiratorie e dell'acqua che filtra attraverso l'epitelio della pelle (l'evaporazione dalla superficie della pelle avviene anche se la pelle è secca ).

Ogni giorno attraverso le vie respiratorie evaporano fino a 400 ml di acqua, ovvero il corpo perde fino a 232 kcal al giorno. Se necessario, questo valore può essere aumentato a causa della mancanza di respiro termico. In media, circa 240 ml di acqua filtrano attraverso l'epidermide al giorno. Di conseguenza, in questo modo l'organismo perde fino a 139 kcal al giorno. Questo valore, di norma, non dipende dai processi normativi e da vari fattori ambientali.

b) Sudorazione percepita(con la partecipazione attiva delle ghiandole sudoripare) - Questo è il trasferimento di calore attraverso l'evaporazione del sudore. In media, al giorno a una temperatura ambiente confortevole, vengono rilasciati 400-500 ml di sudore, quindi vengono rilasciate fino a 300 kcal di energia. L'evaporazione di 1 litro di sudore in una persona di 75 kg può abbassare la temperatura corporea di 10°C. Tuttavia, se necessario, il volume della sudorazione può aumentare fino a 12 litri al giorno, ovvero Attraverso la sudorazione si possono perdere fino a 7.000 kcal al giorno.

L'efficienza dell'evaporazione dipende in gran parte dall'ambiente: maggiore è la temperatura e minore l'umidità, maggiore è l'efficacia della sudorazione come meccanismo di trasferimento del calore. Al 100% di umidità l'evaporazione è impossibile. Con un'elevata umidità atmosferica, le alte temperature sono più difficili da tollerare rispetto a una bassa umidità. Nell'aria satura di vapore acqueo (ad esempio in uno stabilimento balneare), il sudore viene rilasciato in grandi quantità, ma non evapora e scorre via dalla pelle. Tale sudorazione non contribuisce alla trasmissione del calore: solo la parte del sudore che evapora dalla superficie della pelle è importante per la trasmissione del calore (questa parte del sudore costituisce la sudorazione effettiva).

2. Radiazioni (radiazioni):

Radiazione (radiazione)- questo è un metodo per trasferire il calore all'ambiente attraverso la superficie del corpo umano sotto forma di onde elettromagnetiche nella gamma degli infrarossi (a = 5-20 micron). A causa delle radiazioni, tutti gli oggetti la cui temperatura è superiore allo zero assoluto emettono energia. La radiazione elettromagnetica passa liberamente attraverso il vuoto; per questo anche l'aria atmosferica può essere considerata “trasparente”.

Come sai, qualsiasi oggetto riscaldato al di sopra della temperatura ambiente emette calore. Tutti lo sentivano seduti attorno al fuoco. Un fuoco emette calore e riscalda gli oggetti circostanti. Allo stesso tempo, il fuoco perde il suo calore.

Il corpo umano inizia a irradiare calore non appena la temperatura ambiente scende al di sotto della temperatura superficiale della pelle. Per prevenire la perdita di calore per irraggiamento, è necessario proteggere le zone esposte del corpo. Questo viene fatto usando i vestiti. In questo modo creiamo uno strato d'aria negli indumenti tra la pelle e l'ambiente. La temperatura di questo strato sarà uguale alla temperatura corporea e la perdita di calore per irraggiamento diminuirà. Perché la perdita di calore non si arresta completamente? Perché ora i vestiti riscaldati irradieranno calore, perdendolo. E anche se indossi un altro strato di vestiti, non fermerai le radiazioni.

La quantità di calore dissipata dal corpo nell'ambiente per irraggiamento è proporzionale alla superficie della radiazione (la superficie del corpo non coperta dagli indumenti) e alla differenza tra le temperature medie della pelle e del corpo ambiente. Ad una temperatura ambiente di 20°C e ad un'umidità relativa dell'aria del 40-60%, il corpo umano adulto dissipa circa il 40-50% del calore totale emesso dalle radiazioni. Se la temperatura ambientale supera la temperatura media della pelle, il corpo umano, assorbendo i raggi infrarossi emessi dagli oggetti circostanti, si riscalda.

Il trasferimento di calore per irraggiamento aumenta al diminuire della temperatura ambiente e diminuisce all'aumentare della temperatura. In condizioni di temperatura ambiente costante, la radiazione proveniente dalla superficie corporea aumenta all'aumentare della temperatura cutanea e diminuisce al diminuire di questa. Se le temperature medie della superficie della pelle e dell'ambiente sono uguali (la differenza di temperatura diventa zero), il trasferimento di calore per irraggiamento diventa impossibile.

È possibile ridurre il trasferimento di calore del corpo per irraggiamento riducendo la superficie della radiazione - cambiamento nella posizione del corpo. Ad esempio, quando un cane o un gatto ha freddo, si rannicchiano in una palla, riducendo così la superficie di scambio termico; quando fa caldo gli animali, al contrario, assumono una posizione in cui la superficie di scambio termico aumenta quanto più possibile. Una persona che “si raggomitola” mentre dorme in una stanza fredda non è privata di questo metodo di termoregolazione fisica.

3. Conduzione termica (conduzione):

Conduzione termica (conduzione)- questo è un metodo di trasferimento di calore che avviene durante il contatto, il contatto del corpo umano con altri corpi fisici. La quantità di calore ceduta dal corpo all'ambiente in questo modo è proporzionale alla differenza tra le temperature medie dei corpi a contatto, l'area delle superfici a contatto, il tempo di contatto termico e la conducibilità termica dei corpi a contatto corpo.

La perdita di calore per conduzione avviene quando c'è un contatto diretto con un oggetto freddo. In questo momento, il nostro corpo cede il suo calore. La velocità di perdita di calore dipende molto dalla conduttività termica dell'oggetto con cui entriamo in contatto. Ad esempio, la conduttività termica della pietra è 10 volte superiore a quella del legno. Pertanto, seduti su una pietra, perderemo calore molto più velocemente. Probabilmente hai notato che sedersi su una roccia è in qualche modo più freddo che sedersi su un tronco.

Soluzione? Isola il tuo corpo dagli oggetti freddi utilizzando cattivi conduttori di calore. In poche parole, ad esempio, se stai viaggiando in montagna, quando fai una pausa, siediti su un tappeto da turista o su un fagotto di vestiti. Di notte, assicurati di posizionare sotto il sacco a pelo un materassino da viaggio adatto alle condizioni meteorologiche. Oppure, in casi estremi, uno spesso strato di erba secca o aghi di pino. La terra conduce (e quindi “prende”) bene il calore e si raffredda molto di notte. In inverno non maneggiare oggetti metallici a mani nude. Utilizzare i guanti. In caso di forti gelate, gli oggetti metallici possono causare congelamento locale.

L'aria secca e il tessuto adiposo sono caratterizzati da una bassa conduttività termica e sono isolanti termici (cattivi conduttori di calore). L'abbigliamento riduce il trasferimento di calore. La perdita di calore è impedita dallo strato di aria ferma che si trova tra gli indumenti e la pelle. Quanto più fine è la cellularità della sua struttura contenente aria, tanto maggiori sono le proprietà di isolamento termico degli indumenti. Ciò spiega le buone proprietà termoisolanti degli indumenti in lana e pelliccia, che consentono al corpo umano di ridurre la dissipazione del calore attraverso la conduttività termica. La temperatura dell'aria sotto i vestiti raggiunge i 30°C. E, al contrario, il corpo nudo perde calore, poiché l'aria sulla sua superficie cambia costantemente. Pertanto, la temperatura cutanea delle parti nude del corpo è molto inferiore a quella delle parti vestite.

L'aria umida satura di vapore acqueo è caratterizzata da un'elevata conduttività termica. Pertanto, la permanenza di una persona in un ambiente con elevata umidità e bassa temperatura è accompagnata da una maggiore perdita di calore dal corpo. Anche gli indumenti bagnati perdono le loro proprietà isolanti.

4. Convezione:

Convezione- questo è un metodo di trasferimento di calore dal corpo, effettuato trasferendo calore spostando particelle d'aria (acqua). Per dissipare il calore per convezione è necessario un flusso d'aria con una temperatura inferiore a quella della pelle sulla superficie del corpo. In questo caso lo strato d'aria a contatto con la pelle si riscalda, riduce la sua densità, si alza e viene sostituito da aria più fredda e densa. In condizioni in cui la temperatura dell'aria è di 20°C e l'umidità relativa è del 40-60%, il corpo di un adulto dissipa circa il 25-30% del calore nell'ambiente attraverso la conduzione e la convezione del calore (convezione di base). All’aumentare della velocità del flusso d’aria (vento, ventilazione), aumenta significativamente anche l’intensità del trasferimento di calore (convezione forzata).

L'essenza del processo di convezione è la seguente- il nostro corpo riscalda l'aria vicino alla pelle; l'aria riscaldata diventa più leggera dell'aria fredda e sale verso l'alto, e viene sostituita dall'aria fredda, che si riscalda nuovamente, diventa più leggera e viene sostituita dalla successiva porzione di aria fredda. Se l'aria riscaldata non viene catturata con gli indumenti, questo processo sarà infinito. Infatti, non sono i nostri vestiti a riscaldarci, ma l’aria che intrappolano.

Quando soffia il vento la situazione peggiora. Il vento trasporta enormi porzioni di aria non riscaldata. Anche quando indossiamo un maglione caldo, il vento non costa nulla per espellere l’aria calda. La stessa cosa accade quando ci muoviamo. Il nostro corpo “sbatte” nell’aria e scorre intorno a noi, comportandosi come il vento. Ciò aumenta anche la perdita di calore.

Quale soluzione? Indossa uno strato antivento: una giacca a vento e pantaloni antivento. Non dimenticare di proteggere il collo e la testa. A causa della circolazione sanguigna attiva nel cervello, il collo e la testa sono le aree più calde del corpo, quindi la perdita di calore da essi è molto ampia. Inoltre, quando fa freddo, è necessario evitare luoghi pieni di spifferi sia durante la guida che quando si sceglie un posto dove passare la notte.

Termoregolazione chimica:

Termoregolazione chimica la generazione di calore viene effettuata a causa di cambiamenti nel livello del metabolismo (processi ossidativi) causati dalla microvibrazione dei muscoli (oscillazioni), che porta ad un cambiamento nella formazione di calore nel corpo.

La fonte di calore nel corpo sono le reazioni esotermiche di ossidazione di proteine, grassi, carboidrati, nonché l'idrolisi dell'ATP (l'adenosina trifosfato è un nucleotide che svolge un ruolo estremamente importante nel metabolismo dell'energia e delle sostanze nel corpo; innanzitutto questo composto è noto come fonte universale di energia per tutti i processi biochimici che avvengono nei sistemi viventi). Quando i nutrienti vengono scomposti, parte dell'energia rilasciata viene accumulata in ATP e parte viene dissipata sotto forma di calore (calore primario - 65-70% dell'energia). Quando si utilizzano legami ad alta energia di molecole di ATP, parte dell'energia viene utilizzata per eseguire lavoro utile e parte viene dissipata (calore secondario). Pertanto, due flussi di calore, primario e secondario, costituiscono la produzione di calore.

La termoregolazione chimica è importante per mantenere costante la temperatura corporea sia in condizioni normali che al variare della temperatura ambiente. Nell'uomo si osserva un aumento della generazione di calore dovuto all'aumento del tasso metabolico, in particolare quando la temperatura ambiente diventa inferiore alla temperatura ottimale o alla zona di comfort. Per una persona che indossa normali abiti leggeri, questa zona è compresa tra 18 e 20°C, e per una persona nuda è 28°C.

La temperatura ottimale in acqua è più alta che in aria. Ciò è dovuto al fatto che l'acqua, che ha un'elevata capacità termica e conduttività termica, raffredda il corpo 14 volte di più dell'aria, quindi in un bagno fresco il metabolismo aumenta significativamente di più rispetto all'esposizione all'aria alla stessa temperatura.

La generazione di calore più intensa nel corpo avviene nei muscoli. Anche se una persona giace immobile, ma con i muscoli tesi, l'intensità dei processi ossidativi e allo stesso tempo la generazione di calore aumenta del 10%. Una piccola attività fisica porta ad un aumento della produzione di calore del 50-80% e un lavoro muscolare pesante del 400-500%.

Anche il fegato e i reni svolgono un ruolo significativo nella termoregolazione chimica. La temperatura del sangue della vena epatica è superiore alla temperatura del sangue dell'arteria epatica, il che indica un'intensa generazione di calore in questo organo. Quando il corpo si raffredda, aumenta la produzione di calore nel fegato.

Se è necessario aumentare la produzione di calore, oltre alla possibilità di ricevere calore dall'esterno, l'organismo utilizza meccanismi che aumentano la produzione di energia termica. Tali meccanismi includono contrattile E termogenesi non contrattile.

1. Termogenesi contrattile.

Questo tipo di termoregolazione funziona se abbiamo freddo e abbiamo bisogno di alzare la temperatura corporea. Questo metodo consiste in contrazione muscolare. Quando i muscoli si contraggono, aumenta l'idrolisi dell'ATP, quindi aumenta il flusso di calore secondario utilizzato per riscaldare il corpo.

L'attività volontaria del sistema muscolare avviene principalmente sotto l'influenza della corteccia cerebrale. In questo caso è possibile un aumento della produzione di calore di 3-5 volte rispetto al valore del metabolismo basale.

Di solito, quando la temperatura ambiente e la temperatura del sangue diminuiscono, la prima reazione è aumento del tono termoregolatorio(i peli sul corpo “si rizzano”, appare la “pelle d'oca”). Dal punto di vista della meccanica della contrazione, questo tono è una microvibrazione e consente di aumentare la produzione di calore del 25-40% rispetto al livello iniziale. Di solito i muscoli del collo, della testa, del busto e degli arti prendono parte alla creazione del tono.

Con un'ipotermia più significativa, il tono termoregolatore si trasforma in un tipo speciale di contrazione muscolare - tremori muscolari freddi, in cui i muscoli non svolgono un lavoro utile e la loro contrazione è finalizzata esclusivamente a generare calore. Il brivido di freddo è un'attività ritmica involontaria dei muscoli situati superficialmente, a seguito della quale i processi metabolici del corpo sono significativamente migliorati, il consumo di l'ossigeno e i carboidrati aumentano da parte del tessuto muscolare, il che comporta una maggiore generazione di calore. Il tremore inizia spesso nei muscoli del collo e del viso. Ciò è spiegato dal fatto che, prima di tutto, deve aumentare la temperatura del sangue che affluisce al cervello. Si ritiene che la produzione di calore durante i brividi di freddo sia 2-3 volte superiore rispetto all'attività muscolare volontaria.

Il meccanismo descritto funziona a livello riflesso, senza la partecipazione della nostra coscienza. Ma puoi anche aumentare la temperatura corporea con attività motoria cosciente. Quando si svolge un'attività fisica di varia intensità, la produzione di calore aumenta 5-15 volte rispetto al livello di riposo. Durante i primi 15-30 minuti di funzionamento prolungato, la temperatura interna aumenta abbastanza rapidamente fino a un livello relativamente stazionario, per poi rimanere a questo livello o continuare a salire lentamente.

2. Termogenesi non contrattile:

Questo tipo di termoregolazione può portare sia ad un aumento che ad una diminuzione della temperatura corporea. Viene effettuato accelerando o rallentando i processi metabolici catabolici (ossidazione degli acidi grassi). E questo, a sua volta, porterà ad una diminuzione o ad un aumento della produzione di calore. A causa di questo tipo di termogenesi, il livello di produzione di calore in una persona può aumentare 3 volte rispetto al livello del metabolismo basale.

La regolazione dei processi di termogenesi non contrattile viene effettuata attivando il sistema nervoso simpatico, la produzione di ormoni tiroidei e il midollo surrenale.

E. Controllo della termoregolazione.

Ipotalamo.

Il sistema di termoregolazione è costituito da una serie di elementi con funzioni correlate. Le informazioni sulla temperatura provengono dai termorecettori e viaggiano al cervello attraverso il sistema nervoso.

Svolge un ruolo importante nella termoregolazione ipotalamo. Contiene i principali centri di termoregolazione, che coordinano numerosi e complessi processi che assicurano il mantenimento della temperatura corporea a un livello costante.

Ipotalamo- questa è una piccola area del diencefalo, che comprende un gran numero di gruppi di cellule (oltre 30 nuclei) che regolano l'attività neuroendocrina del cervello e l'omeostasi (la capacità di mantenere la costanza del suo stato interno) del corpo. L'ipotalamo è collegato tramite vie nervose a quasi tutte le parti del sistema nervoso centrale, tra cui la corteccia, l'ippocampo, l'amigdala, il cervelletto, il tronco encefalico e il midollo spinale. Insieme alla ghiandola pituitaria, l'ipotalamo forma il sistema ipotalamo-ipofisi, in cui l'ipotalamo controlla il rilascio degli ormoni ipofisari ed è il collegamento centrale tra il sistema nervoso ed endocrino. Secerne ormoni e neuropeptidi e regola funzioni come la fame e la sete, la termoregolazione corporea, il comportamento sessuale, il sonno e la veglia (ritmi circadiani). Studi recenti dimostrano che l'ipotalamo svolge anche un ruolo importante nella regolazione delle funzioni superiori, come la memoria e lo stato emotivo, e quindi partecipa alla formazione di vari aspetti del comportamento.

La distruzione dei centri ipotalamici o l'interruzione delle connessioni nervose porta alla perdita della capacità di regolare la temperatura corporea.

L'ipotalamo anteriore contiene neuroni che controllano i processi di trasferimento del calore.(forniscono la termoregolazione fisica - vasocostrizione, sudorazione).Quando i neuroni dell'ipotalamo anteriore vengono distrutti, il corpo non tollera le alte temperature, ma rimane l'attività fisiologica in condizioni di freddo.

I neuroni dell'ipotalamo posteriore controllano i processi di generazione del calore(forniscono la termoregolazione chimica - aumento della generazione di calore, tremori muscolari) Se sono danneggiati, la capacità di aumentare lo scambio energetico è compromessa, quindi il corpo non tollera bene il freddo.

Le cellule nervose termosensibili della regione preottica dell'ipotalamo “misurano” direttamente la temperatura del sangue arterioso che scorre attraverso il cervello e sono altamente sensibili ai cambiamenti di temperatura (sono in grado di distinguere una differenza nella temperatura del sangue di 0,011 ° C). Il rapporto tra neuroni sensibili al freddo e al calore nell’ipotalamo è 1:6, quindi i termorecettori centrali vengono attivati ​​preferenzialmente quando la temperatura del “nucleo” del corpo umano aumenta.

Sulla base dell'analisi e dell'integrazione delle informazioni sulla temperatura del sangue e dei tessuti periferici, il valore medio (integrato) della temperatura corporea viene continuamente determinato nella regione preottica dell'ipotalamo. Questi dati vengono trasmessi attraverso i neuroni intercalari a un gruppo di neuroni nell'ipotalamo anteriore, che fissa un certo livello di temperatura corporea nel corpo - il "set point" della termoregolazione. In base all’analisi e al confronto della temperatura corporea media e della temperatura di set point da regolare, i meccanismi di “set point”, attraverso i neuroni effettori dell’ipotalamo posteriore, influenzano i processi di scambio termico o di produzione di calore per riportare la temperatura effettiva e impostare la temperatura in corrispondenza.

Pertanto, grazie alla funzione del centro di termoregolazione, si stabilisce un equilibrio tra produzione di calore e trasferimento di calore, che consente di mantenere la temperatura corporea entro limiti ottimali per le funzioni vitali dell’organismo.

Sistema endocrino.

L'ipotalamo controlla i processi di produzione e trasferimento del calore, inviando impulsi nervosi alle ghiandole endocrine, principalmente alla tiroide, e alle ghiandole surrenali.

Partecipazione ghiandola tiroidea nella termoregolazione è dovuto al fatto che l'influenza della bassa temperatura porta ad un aumento del rilascio dei suoi ormoni (tiroxina, triiodotironina), che accelerano il metabolismo e, di conseguenza, la formazione di calore.

Ruolo ghiandole surrenaliè associato al rilascio nel sangue di catecolamine (adrenalina, norepinefrina, dopamina) che, aumentando o diminuendo i processi ossidativi nei tessuti (ad esempio i muscoli), aumentano o diminuiscono la produzione di calore e restringono o allargano i vasi cutanei, modificandone il livello del trasferimento di calore.