Con una diminuzione della temperatura ambiente, la regolazione della temperatura corporea, ad es. il processo di termoregolazione si svolge in tre modi nella sequenza seguente. Termoregolazione fisica - vasocostrizione della pelle e delle mucose delle vie respiratorie, cessazione della sudorazione. Se l’equilibrio non viene ripristinato con l’aiuto della termoregolazione fisica, la componente chimica della termoregolazione viene attivata grazie alla “termogenesi senza brividi” (regolazione endocrina, in particolare, attraverso l’aumento del rilascio di norepinefrina, che è chiamata “l’ormone della non -termogenesi da brivido”). Con un ulteriore raffreddamento, si verifica un aumento della generazione di calore a causa di forme specifiche di attività contrattile dei muscoli striati e lisci: tremori muscolari freddi, tono muscolare termoregolatore e reazione piloromotoria. Questa fase della “termogenesi da brivido” viene eseguita con il massimo dispendio energetico e generazione di calore.
Quindi, evidenziamo i principali tipi di termoregolazione del corpo umano:
- termoregolazione fisica;
- termoregolazione chimica o endocrina (termogenesi senza brividi);
- termogenesi da brividi.
Nelle persone sane, con sufficiente perfezione dei meccanismi di regolazione dell'omeostasi della temperatura, periodi piuttosto lunghi di raffreddamento sono compensati dall'inclusione della termogenesi chimica con un aumento del consumo di energia, ma senza “interruzioni” nel processo di regolazione.
Il sistema di regolazione dell'omeostasi della temperatura è estremamente multicomponente, comprende termorecettori della pelle e degli organi interni, percorsi (come parte del tratto spinotalamico), il centro di regolazione è l'ipotalamo, la corteccia cerebrale, che ha un effetto attivante tanto più pronunciato , maggiore è la frequenza degli impulsi afferenti. Il sistema nervoso autonomo, gli organi endocrini e il sistema cardiovascolare agiscono come organi effettori. Per una corretta regolamentazione sono importanti anche la concentrazione di sostanze chimiche nel corpo e molti altri fattori.
Violazione della termoregolazione del corpo umano
L'imperfezione dei processi di regolazione (patologia della termoregolazione) può essere espressa nel fatto che nella prima fase del processo di regolazione (disadattamento e sovraregolazione) la vasocostrizione primaria viene sostituita da una forte diminuzione del loro tono. Dal lato della cavità nasale, ciò si esprime nella comparsa di attacchi di starnuti o difficoltà nella respirazione nasale. Allo stesso tempo si osserva anche un aumento della permeabilità vascolare delle mucose delle conche nasali. L'insufficienza della termoregolazione fisica può rendere necessaria l'inclusione di un collegamento chimico a temperature più elevate rispetto agli individui sani. I pazienti con questo tipo di disregolazione diventano freddi e tremano a lievi cali della temperatura ambiente. L'interruzione della regolazione con fenomeni caratteristici di una risposta inadeguata della mucosa nasale si verifica quando il paziente ha freddo. Il successivo tipo di disregolazione - l'insufficienza della termoregolazione fisica - non è compensata dal legame chimico e dai brividi di freddo. Di conseguenza, l'interruzione della regolazione avviene senza sensazioni di freddo pronunciate e senza tremore, cioè tali pazienti non tremano e non si congelano, ma tuttavia prendono il raffreddore.
Il meccanismo di esacerbazione dei processi infiammatori cronici negli organi ORL in caso di violazione dei meccanismi di regolazione dell'omeostasi della temperatura è spiegato dalla formazione di stasi venosa nell'area della mucosa nasale e faringea, un aumento della permeabilità vascolare, che crea condizioni favorevoli per lo sviluppo della microflora, che è costantemente presente al centro dell'infiammazione cronica.
Ciascuna specie di organismi omeotermi possiede zone del corpo attraverso le quali avviene lo scambio primario di calore con l'ambiente, i cosiddetti scambiatori di calore. Negli esseri umani, tali scambiatori di calore sono le mani e i piedi. Pertanto, dal 7 all'80% del calore del metabolismo principale può essere rimosso attraverso le mani, nonostante le mani costituiscano solo il 6% della massa del corpo umano. Se necessario, la circolazione sanguigna nelle dita può aumentare di 600 volte. Naturalmente lo stato funzionale della regolazione vascolare nell'area degli scambiatori di calore influisce anche sullo stato delle mucose della cavità nasale. Studi condotti nel laboratorio di M. E. Marshak (1965) hanno dimostrato che quando i piedi sono immersi in acqua fredda, la temperatura della mucosa nasale diminuisce in modo sincrono con la temperatura della pelle dei piedi (reazione adeguata). Tuttavia, in un certo numero di individui, ad un certo stadio dell'azione dello stimolo freddo, nonostante la bassa temperatura nella zona dei piedi, si verifica un forte aumento della temperatura della mucosa nasale, accompagnato da da attacchi di starnuti e abbondanti secrezioni dal naso (reazione inadeguata). Oltre alle zone dello scambiatore di calore, di grande importanza sono la zona del viso (una zona particolarmente sensibile al calore nell'uomo) e la zona del collo. Queste zone sono ampiamente utilizzate nello sviluppo di metodi metodologici per indurire le persone con patologie degli organi ENT.
In base alla 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, lo stesso), che includono una persona, producono molto calore, si distinguono per la relativa costanza della temperatura corporea, che cambia leggermente durante il giorno.
eterotermico gli organismi (dal greco heteros - un 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 omoiotermi, nonché di mammiferi e uccelli con dimensioni corporee molto piccole.
Il fattore temperatura determina la velocità dei processi enzimatici, l'assorbimento, la conduzione dell'eccitazione e la contrazione muscolare.
È noto che nelle parti superficiali e profonde del corpo umano la temperatura è diversa. 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 "nucleo" varia leggermente, attestandosi su un valore dell'ordine di 36,7-37°C. Allo stesso tempo, in diverse parti del "nucleo", gli indicatori di temperatura possono essere leggermente diversi.
Per scopi clinici, la valutazione della temperatura "centrale" viene effettuata in alcune zone del corpo facilmente accessibili, la cui temperatura praticamente non differisce dalla temperatura degli organi interni. Tali aree accessibili sono il retto, la cavità orale, la cavità ascellare. È noto che la temperatura orale (sublinguale) è solitamente inferiore a quella rettale di 0,2-0,5 °C, quella ascellare (nella fossa ascellare) è inferiore di 0,5-0,8 °C. Con una forte pressione della mano sul petto, il bordo dello strato interno del “nucleo” raggiunge quasi l'ascella, ma per raggiungere questo obiettivo dovrebbero passare 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" del corpo, 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 parti prossimali degli arti inferiori e, in misura ancora maggiore, alla temperatura 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 del ambiente esterno e afflusso di sangue alla pelle del piede.
La maggior parte dei mammiferi ha una temperatura corporea compresa tra 36 e 39°C, nonostante l'ampia variazione nelle dimensioni corporee tra gli animali. L'intensità del metabolismo (produzione di calore) è determinata sia dal peso corporeo che dalla quantità di calore trasferito dalla superficie corporea. In base a ciò, la produzione di calore per 1 kg di peso corporeo 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 dal rapporto 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 funzionale di termoregolazione modificano in modo adattivo la produzione di calore (termoregolazione chimica) e il trasferimento di calore (termoregolazione fisica). Ciò garantisce la relativa stabilità della temperatura costante dell'ambiente interno del corpo, che C. Bernard chiamava 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 e 53 °C.
Per termoregolazione chimica si intendono i cambiamenti nell'intensità delle reazioni metaboliche esotermiche, durante le quali viene generato calore. Sotto l'azione del freddo sul corpo umano, la formazione di calore può aumentare di 3-5 volte.
Distinguere tra produzione di calore contrattile e non contrattile.
La produzione di calore contrattile è associata alle contrazioni volontarie e involontarie dei muscoli scheletrici.
Riduzioni arbitrarie possono portare ad un aumento multiplo della generazione di calore, mentre aumentano anche le perdite di calore a causa dell’aumento del trasferimento di calore per convezione.
Uno dei tipi di produzione involontaria di calore è il brivido, 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 generazione di calore. A differenza della generazione di calore durante le contrazioni muscolari volontarie, la generazione di calore durante il tremore è un modo economico di produzione di calore, poiché un tipo speciale di attività contrattile delle unità motorie ad alta soglia durante il tremore 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 in 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 ambiente 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 senza brividi è anche un meccanismo di termoregolazione chimica, che è significativamente espressa 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. Un substrato specifico per tale produzione di calore è considerato il tessuto adiposo bruno, dopo la rimozione del quale la resistenza del corpo al freddo viene significativamente ridotta. La massa di tessuto adiposo bruno, che solitamente rappresenta l'1-2% del peso corporeo, può aumentare fino al 5% del peso corporeo con l'adattamento al freddo. Il livello del metabolismo energetico di questo 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 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 per le reazioni ossidative, la cui velocità aumenta sotto l'azione del freddo. Nello stesso tessuto adiposo bruno, sotto l'azione del freddo, il flusso sanguigno e il livello del metabolismo aumentano, la temperatura aumenta, nonostante la diminuzione della temperatura della pelle su questo tessuto. Da ciò è nata l'ipotesi attualmente popolare sul ruolo calorico del tessuto adiposo bruno: sotto l'azione del 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 che in quella estiva.
Il trasferimento di calore avviene mediante flussi di calore interni ed esterni. Più della metà del flusso interno dalle fonti di calore alla superficie corporea è assicurato dalla convezione del sangue, il resto 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, in particolare dello stato delle anastomosi arteriolo-venulari.
L'afflusso di sangue alle parti superficiali del corpo svolge un ruolo termoregolatore molto importante, fornendo un flusso di calore esterno. Il "gioco" dei vasi della pelle delle dita può modificare il flusso sanguigno al suo interno 100 volte. Con una vasodilatazione completa, il trasferimento di calore può aumentare 8 volte rispetto al livello di vasocostrizione completa.
La conduttività termica dei tessuti è determinata anche dalla natura dell'utilizzo del sistema vascolare controcorrente, presente, ad esempio, negli arti. Quindi, in condizioni di freddo, il sangue venoso scorre principalmente non attraverso le vene superficiali, come accade con il caldo, ma attraverso le vene profonde. Di conseguenza, il sangue venoso viene riscaldato dal sangue delle arterie che passano parallele e non viene raffreddato nella stessa misura in cui avviene con il flusso sanguigno superficiale.
Tuttavia, una significativa diminuzione del flusso sanguigno negli strati superficiali del corpo sotto l'influenza del freddo può portare a un ridotto afflusso di sangue a questi tessuti e al congelamento.
Il flusso esterno di calore è fornito dalla sua 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 di un corpo o dell'aria, aumenta notevolmente 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, questa temperatura dell'acqua è 31-36 ° C), il flusso di calore esterno può aumentare di 2-4 volte a causa di presa, poiché la conducibilità termica dell'acqua è 25 volte superiore alla conducibilità termica dell'aria. Il principale meccanismo di trasferimento del calore dal corpo umano all'acqua è, tuttavia, la convezione. Grazie a ciò, l'effetto di raffreddamento dell'acqua corrente è 50-100 volte superiore all'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 in 1-3 ore.
Nuotare in un'acqua al di sotto del livello di comfort aumenta notevolmente il trasferimento di calore per convezione. L’aumento del grasso corporeo 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 in presenza di oggetti a temperatura inferiore posti a una certa distanza da essa. Una persona nuda può perdere fino al 60% del calore in questo modo.
4. Circa il 20% del trasferimento di calore del corpo umano in condizioni di temperatura ambiente confortevole è dovuto all'evaporazione. Questo percorso è l'unico modo per cedere calore all'ambiente se la sua temperatura è uguale a quella corporea. Facendo evaporare 1 litro d'acqua, una persona può cedere un terzo di tutto il calore generato a riposo durante la giornata. L’aumento del tasso di sudorazione è uno dei principali meccanismi di adattamento al clima caldo.
Esistono due opzioni per l'evaporazione dell'acqua dalla superficie del corpo: 1) l'evaporazione del sudore a seguito del suo rilascio, 2) l'evaporazione dell'acqua apparsa 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 funzionale di termoregolazione. In condizioni di freddo, la regolazione comportamentale può essere molto efficace, limitando notevolmente il contatto dell'organismo con l'ambiente esterno. L'abbigliamento umano riduce la perdita di calore di circa la metà rispetto al trasferimento di calore di un corpo nudo, l'abbigliamento di "tipo artico" può ridurre il trasferimento 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, 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 estremità libere di sottili fibre sensoriali di tipo A (delta) e C, sono localizzati nella pelle e negli organi interni. Ci sono anche centrali , localizzati nell'ipotalamo, termorecettori.
I termocettori cutanei realizzano la trasmissione di segnali sui cambiamenti della temperatura dell'ambiente ai centri di termoregolazione e forniscono anche la formazione di sensazioni di temperatura. Il numero di recettori del freddo nella pelle è molte volte maggiore del numero di recettori del calore. I recettori del freddo predominano anche negli organi e nei tessuti interni.
Nella colonna vertebrale e nel mesencefalo, così come nell'ipotalamo (soprattutto nella regione preottica mediale), sono stati trovati 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 del corpo nel suo insieme. Ad esempio, quando la regione preottica dell’ipotalamo viene riscaldata, la traspirazione aumenta immediatamente, i vasi cutanei si dilatano e la produzione di calore diminuisce. L'aumento delle scariche dei neuroni termici precede un aumento della frequenza della respirazione, con la quale aumenta anche il trasferimento di calore. Le strutture termosensibili del midollo medio e spinale, a loro volta, sono associate all'ipotalamo posteriore. Pertanto, i dispositivi centrali del sistema funzionale di termoregolazione hanno un gran numero di canali di ingresso.
centro di termoregolazione. Le strutture dell'ipotalamo svolgono un ruolo di primo piano nella termoregolazione, come è stato dimostrato con il metodo delle sezioni cerebrali. Pertanto, in un gatto, la sezione rostrale all'ipotalamo non porta a cambiamenti significativi nella termoregolazione, ma dopo una violazione delle connessioni tra l'ipotalamo e il mesencefalo, gli animali perdono praticamente la capacità di modificare la produzione di calore e il trasferimento di calore durante il processo termico. stimolazione.
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 regione preottica mediale. Qui i segnali ricevuti dalla periferia vengono confrontati con l'attività dei termosensori centrali, che riflettono lo stato di temperatura del cervello.
Sulla base dell'integrazione delle informazioni provenienti da queste due fonti, l'ipotalamo posteriore fornisce la generazione di segnali che controllano i processi di produzione e trasferimento di calore. È qui che sono stati trovati neuroni la cui attività dipende dalla stimolazione termica locale sia della regione preottica dell'ipotalamo che dei neuroni del midollo spinale cervicotoracico.
Anche le strutture superiori del cervello, in particolare la nuova corteccia, sono coinvolte nella termoregolazione. È stato dimostrato il ruolo del meccanismo del riflesso condizionato nell'organizzazione di reazioni vegetative e comportamentali anticipatrici 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 possiede una propria componente esecutiva (effettrice). 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 non tremante della produzione di calore. 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 nell'adattamento ai ripetuti cambiamenti della temperatura ambientale. Il ruolo della ghiandola tiroidea nell’adattamento umano al freddo non è stato chiaramente chiarito. Negli animali, sotto l'azione del freddo, si sviluppa un aumento della secrezione di tiroxina per diverse settimane, mentre la massa della ghiandola aumenta del 20-40%. Un aumento della secrezione di tiroxina porta all'attivazione del metabolismo cellulare. Una persona è raramente soggetta a tale raffreddamento. Tuttavia, alcuni studi hanno dimostrato che i soldati in servizio a lungo nelle regioni artiche, così come gli eschimesi, presentano un aumento del metabolismo basale. Forse l'effetto stimolante del freddo sulla ghiandola tiroidea è uno dei motivi della maggiore incidenza del gozzo tiroideo tossico nei residenti delle regioni 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 nella pelle, e dei neuroni simpatici colinergici, che eccitano le ghiandole sudoripare. L'espansione dei vasi sanguigni della pelle in condizioni di caldo può essere facilitata dal rilascio di bradichinina dalle ghiandole sudoripare. Esistono dati sulla partecipazione delle chinine alla formazione della vasodilatazione fredda.
Con uno stress mentale significativo, il restringimento dei vasi sanguigni della pelle delle mani e dei piedi può essere accompagnato dal rilascio di sudore in queste aree. Un tale fenomeno, paradossale dal punto di vista della termoregolazione, può essere chiamato sudorazione emotiva; non è adattivo ed è dovuto ad un'eccessiva attivazione del sistema nervoso simpatico.
Quando la temperatura corporea media si discosta di poco, cambia solo il trasferimento di calore a causa delle reazioni vascolari della membrana. Se le deviazioni di temperatura persistono, si sviluppano reazioni adattative comportamentali e la sudorazione aumenta anche a temperature esterne elevate. A bassa temperatura dell'ambiente esterno appare un'ulteriore reazione muscolare: prima il tono aumenta e con una diminuzione della temperatura interna appare il tremore.
Il parametro controllato nel sistema è la temperatura dell'ambiente interno del corpo. Per un certo stato stabile di un sistema funzionale, la temperatura controllata è la temperatura totale del "nucleo" del corpo, alla quale non vengono attivati né i meccanismi di rilascio del calore in eccesso né i meccanismi che proteggono il corpo dal freddo.
Con la tendenza a ridurre la temperatura del "nucleo" del corpo (la temperatura del sangue circolante), si verifica l'attivazione dei termorecettori ipotalamici freddi. Oltre ai neuroni termosensibili ipotalamici (termosensori del freddo), vengono attivati i termorecettori vascolari e d'organo del freddo. La loro pulsazione provoca un'ulteriore attivazione dell'apparato neuronale del centro ipotalamico della termoregolazione chimica. In conseguenza dell'incremento dell'attività di questo centro, viene potenziato il lavoro degli apparati periferici di termoregolazione chimica, gli apparati per la produzione di calore nel corpo. In questa situazione diminuisce l'attività neurofisiologica del centro di termoregolazione fisica, così come gli apparati periferici di trasferimento del calore. Pertanto, la tendenza a ridurre la temperatura dell'ambiente interno del corpo viene bloccata.
Con un aumento della temperatura dell'ambiente interno del corpo 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 "scarica" del calore viene intensificato, la produzione di calore nel corpo viene inibita.
Meccanismi simili di termoregolazione sono innescati dagli effetti della temperatura. sui termocettori cutanei, rispondere ai cambiamenti della temperatura dell'ambiente esterno del corpo. Sotto l'azione della bassa temperatura sui termorecettori della pelle dovuta ad 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 “scarica” del calore vengono inibiti. Con un aumento della temperatura ambiente, si verifica l'eccitazione dei recettori termici, aumenta il lavoro dell'apparato per "ripristinare" il calore e viene inibita la produzione di calore nel corpo. La presenza di termocettori cutanei consente al sistema funzionale di organizzare più finemente il processo di stabilizzazione della costante regolabile al livello ottimale.
ipertermia- un aumento della temperatura corporea interna superiore a 37°C. Si verifica a causa dell'azione prolungata di una temperatura ambiente elevata, 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, una temperatura di 42°C è il limite di sopravvivenza per un periodo di tempo più lungo. 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 una permanenza prolungata dell'organismo in 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, a una temperatura di 24-28 ° C, di solito si verifica la morte.
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 da un ristretto intervallo di temperature dell'ambiente interno, in cui possono verificarsi le principali reazioni enzimatiche. 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 a disidratazione, perdita di sali minerali e vitamine idrosolubili. La conseguenza di questi processi è la coagulazione del sangue, il metabolismo del sale alterato, la secrezione gastrica e lo sviluppo di carenza vitaminica. La riduzione di peso consentita durante l'evaporazione è del 2-3%. Con una perdita di peso per evaporazione del 6%, l'attività mentale è disturbata 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 possono essere le cause del raffreddamento e dell'ipotermia del corpo. Durante il raffreddamento nel corpo, il trasferimento di calore diminuisce di riflesso e la produzione di calore aumenta. Una diminuzione del trasferimento di calore si verifica a causa dello spasmo (restringimento) dei vasi sanguigni, un aumento della resistenza termica dei tessuti corporei. L'esposizione prolungata alle basse temperature porta a spasmi vascolari persistenti, malnutrizione dei tessuti. L'aumento della produzione di calore durante il raffreddamento si ottiene grazie allo sforzo 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. Il nucleo e il guscio esterno del corpo.
Dal punto di vista della termoregolazione, il corpo umano può essere rappresentato come costituito da due componenti: esterni conchiglie e interno nuclei.
Nucleo- questa è una 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 con uno spessore di 2,5 cm). Attraverso il guscio avviene uno 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 nell'afflusso di sangue ai tessuti del guscio.
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°С. 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 ( dissipazione 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, la più alta sotto l'ascella. È sulla base della misurazione della temperatura sotto l'ascella che di solito viene giudicata 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 dell'oscillazione può raggiungere 1°C. La temperatura corporea è minima nelle prime ore del mattino (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. L'equilibrio tra generazione di calore e trasferimento di calore nel corpo umano.
I processi dell'attività vitale 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 dovuti all'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 interna di calore, in cui, in condizioni normali, la produzione di calore (la quantità di calore generato) è uguale alla quantità di calore ceduto all'ambiente esterno (trasferimento di calore). Si chiama la costanza della temperatura corporea isoterma. 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 dell'ambiente esterno. E la temperatura della pelle umana sotto l'influenza di condizioni esterne può variare entro limiti relativamente ampi.
Nel corpo umano in 1 ora viene generato tanto calore quanto necessario per far bollire 1 litro di acqua ghiacciata. E se il corpo fosse impermeabile al calore, in 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 di comfort, nel corpo si stabilisce un nuovo livello di equilibrio termico, che garantisce l'isoterma in nuove condizioni ambientali. Questa costanza della temperatura corporea è fornita 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 corporea.
termoregolazione- si tratta di un insieme di processi fisiologici volti a mantenere una relativa costanza della temperatura interna del corpo in condizioni di variazione della temperatura ambientale attraverso la regolazione della produzione e del trasferimento di calore. La termoregolazione ha lo scopo di prevenire violazioni dell'equilibrio termico del corpo o di ripristinarlo, se tali violazioni si sono già verificate, e viene effettuata per via neuro-umorale.
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 di temperatura dell'aria circostante agiscono su speciali formazioni recettoriali ( termorecettori) sono sensibili alla 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 spenti da sostanze chimiche speciali, il corpo perde la capacità di mantenere una temperatura costante. Negli ultimi anni, questa funzione è stata utilizzata in medicina per il raffreddamento artificiale del corpo durante complesse operazioni chirurgiche al cuore.
Termocettori cutanei.
Si stima che una persona abbia 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 si adattano rapidamente e reagiscono non tanto alla temperatura stessa, ma 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 senza brividi.
Termoregolazione fisica(un processo che rimuove il calore dal corpo) - garantisce il mantenimento di una temperatura corporea costante modificando il rilascio di calore da parte del corpo attraverso il passaggio attraverso la pelle (conduzione e convezione), l'irraggiamento (radiazione) e l'evaporazione dell'acqua. Il ritorno del calore costantemente generato nel corpo è regolato da un cambiamento 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. Quando la temperatura ambiente aumenta, l’evaporazione inizia a dominare il trasferimento di calore.
Conduzione, convezione e irraggiamento 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 ad alta temperatura ambiente, i metodi citati non solo sono inefficaci, ma anche il corpo si riscalda. In queste condizioni, nel corpo viene attivato un solo meccanismo di trasferimento 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, il trasferimento di calore dovuto alla conduttività termica e alla radiazione termica diminuisce, ma la perdita di calore da parte del corpo aumenta a causa dell'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. Con elevata umidità, quando l'evaporazione dell'acqua è difficile, può verificarsi il surriscaldamento del corpo e si può sviluppare un colpo di calore.
In una persona a riposo, con una temperatura dell'aria di circa 20°C ed una trasmissione termica totale pari a 419 kJ (100 kcal) all'ora, il 66% viene perso con l'aiuto delle radiazioni, il 19% dell'evaporazione dell'acqua e il 15% dell'acqua la perdita totale di calore corporeo per convezione.
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 del calore - aumentando o diminuendo l'intensità del metabolismo nelle cellule del corpo. Quando la materia organica viene ossidata, viene rilasciata energia. Parte dell'energia va alla sintesi dell'ATP (l'adenosina trifosfato è un nucleotide che svolge un ruolo estremamente importante nel metabolismo dell'energia e delle sostanze nel corpo). Questa energia potenziale può essere utilizzata dall'organismo nelle sue ulteriori attività. Tutti i tessuti sono la fonte di calore del 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. Con una diminuzione della temperatura ambiente, l'intensità dei processi metabolici aumenta di riflesso e aumenta la generazione di calore.
L'inserimento della termoregolazione chimica avviene quando la termoregolazione fisica è insufficiente a mantenere costante la temperatura corporea.
Considera questi tipi di termoregolazione.
Termoregolazione fisica:
Sotto termoregolazione fisica comprendere la totalità dei processi fisiologici che portano a un cambiamento nel livello di trasferimento di calore. Esistono i seguenti modi per trasferire il calore dal corpo all'ambiente:
Evaporazione (sudorazione);
Radiazioni (radiazioni);
Conduzione del calore (conduzione);
Convezione.
Consideriamoli più in dettaglio:
1. Evaporazione (sudorazione):
Evaporazione (sudorazione)- questo è il ritorno dell'energia termica all'ambiente dovuto all'evaporazione del sudore o dell'umidità dalla superficie della pelle e dalle mucose delle vie respiratorie. Nell'uomo il sudore viene costantemente secreto dalle ghiandole sudoripare della pelle (perdita d'acqua “percettibile” o ghiandolare), le mucose delle vie respiratorie vengono inumidite (perdita d'acqua “impercettibile”). Allo stesso tempo, la perdita di acqua “percettibile” da parte del corpo ha un effetto 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 l'evaporazione di 1 g di acqua, è facile calcolare che, in queste condizioni, il corpo di un adulto cede circa il 20% di tutto il calore dissipato all'ambiente attraverso l'evaporazione . L'aumento della temperatura esterna, lo svolgimento di lavoro fisico, la permanenza prolungata in indumenti termoisolanti aumentano la sudorazione che può aumentare fino a 500-2.000 g/h.
Una persona non tollera una temperatura ambiente relativamente bassa (32 ° C) nell'aria umida. Nell'aria completamente secca, una persona può rimanere senza surriscaldamento evidente per 2-3 ore a una temperatura di 50-55 ° C. Anche gli indumenti ermetici (di 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 tramite 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 cedere calore all'ambiente esterno con altri metodi di termoregolazione (radiazione, convezione e conduzione), che considereremo di seguito. 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 il sudore scende, non avendo il tempo di evaporare, fondersi e drenare 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. Il frigorifero funziona secondo lo stesso principio. Riesce a mantenere una temperatura all'interno della camera, molto inferiore alla temperatura ambiente. Lo fa utilizzando l'elettricità. E lo facciamo utilizzando l'energia ottenuta dalla scomposizione del cibo.
Controllare la selezione degli indumenti può aiutare a ridurre la perdita di calore per evaporazione. L'abbigliamento deve essere selezionato in base alle condizioni meteorologiche e all'attività attuale. Non essere pigro nel togliere i vestiti in eccesso quando i carichi aumentano. Suderai di meno. E non essere pigro per rimetterlo quando i carichi si fermano. Togliere l'umidità e la protezione dal vento se non c'è pioggia con il vento, altrimenti i vestiti si bagneranno dall'interno, a causa del sudore. E, a contatto con i vestiti bagnati, perdiamo calore anche per 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).
Durante il giorno fino a 400 ml di acqua evaporano attraverso le vie respiratorie, cioè 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 al giorno filtrano attraverso l'epidermide circa 240 ml di acqua. Pertanto, in questo modo il corpo perde fino a 139 kcal al giorno. Questo valore, di regola, non dipende dai processi di regolamentazione e da vari fattori ambientali.
b) Sudorazione percepita(con partecipazione attiva delle ghiandole sudoripare) - È il rilascio di calore attraverso l'evaporazione del sudore. In media, a una temperatura ambientale confortevole, vengono rilasciati 400-500 ml di sudore al giorno, quindi vengono emesse 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, cioè. Sudando 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 è l'umidità, maggiore è l'efficienza della traspirazione come meccanismo di trasferimento del calore. Al 100% di umidità l'evaporazione è impossibile. Con un'elevata umidità dell'aria atmosferica, l'alta temperatura è più difficile da tollerare rispetto a una bassa umidità. Nell'aria satura di vapore acqueo (ad esempio nel bagno), il sudore viene rilasciato in grandi quantità, ma non evapora e drena dalla pelle. Tale traspirazione non contribuisce al rilascio di calore: solo la parte del sudore che evapora dalla superficie della pelle è importante per il trasferimento del calore (questa parte del sudore è traspirazione effettiva).
2. Radiazioni (radiazioni):
Emissione (radiazione)- questo è un metodo di trasferimento del calore nell'ambiente attraverso la superficie del corpo umano sotto forma di onde elettromagnetiche della gamma degli infrarossi (a = 5-20 micron). La radiazione emette energia a tutti gli oggetti la cui temperatura è superiore allo zero assoluto. La radiazione elettromagnetica passa liberamente attraverso il vuoto, anche l'aria atmosferica può essere considerata “trasparente”.
Come sapete, qualsiasi oggetto riscaldato al di sopra della temperatura ambiente irradia calore. Tutti lo sentivano seduti accanto al fuoco. Il fuoco irradia calore e riscalda gli oggetti circostanti. In questo caso il fuoco perde calore.
Il corpo umano inizia a irradiare calore non appena la temperatura ambiente scende al di sotto della temperatura superficiale della pelle. Per evitare la perdita di calore per irraggiamento, le parti esposte del corpo devono essere protette. Questo viene fatto con i vestiti. In questo modo creiamo uno strato d'aria nei vestiti tra la pelle e l'ambiente. La temperatura di questo strato sarà uguale alla temperatura del corpo 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 indossando 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 (superficie del corpo non coperta dagli indumenti) e alla differenza tra le temperature medie della pelle e dell'ambiente . Ad una temperatura ambiente di 20°C ed un'umidità relativa dell'aria del 40-60%, il corpo di una persona adulta dissipa per irraggiamento circa il 40-50% del calore totale emesso. 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 al suo aumento. In condizioni di temperatura ambiente costante, la radiazione dalla superficie corporea aumenta con l'aumento della temperatura cutanea e diminuisce con la sua diminuzione. Se le temperature medie della superficie della pelle e dell'ambiente sono uguali (la differenza di temperatura diventa pari a 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 al massimo. Una persona non viene privata di questo metodo di termoregolazione fisica, “arricciandosi in una palla” mentre dorme in una stanza fredda.
3. Conduzione del calore (conduzione):
Conduzione del calore (conduzione)- questo è un modo 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 emette calore. La velocità di perdita di calore dipende fortemente dalla conduttività termica dell'oggetto con cui siamo 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 pietra è in qualche modo più freddo che sedersi su un tronco.
Soluzione? Isolare il corpo dagli oggetti freddi utilizzando cattivi conduttori di calore. In poche parole, ad esempio, se stai viaggiando in montagna, poi fermati, siediti su un tappeto turistico o su un fagotto di vestiti. Di notte, assicurati di mettere sotto il sacco a pelo una coperta turistica adatta alle condizioni meteorologiche. Oppure, in casi estremi, uno spesso strato di erba secca o aghi. La terra conduce (e quindi “toglie”) bene il calore e si raffredda molto di notte. In inverno non raccogliere oggetti metallici a mani nude. Utilizzare i guanti. In caso di forti gelate, il congelamento locale può essere ottenuto da oggetti metallici.
L'aria secca, 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. Le proprietà termoisolanti dell'abbigliamento sono tanto maggiori quanto più fine è la struttura cellulare della sua struttura, che contiene aria. Ciò spiega le buone proprietà termoisolanti degli indumenti di lana e di pelliccia, che consentono al corpo umano di ridurre la dissipazione del calore attraverso la conduzione del calore. La temperatura dell'aria sotto i vestiti raggiunge i 30°C. Al contrario, un corpo nudo perde calore, poiché l'aria sulla sua superficie cambia continuamente. Pertanto, la temperatura della pelle 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 a bassa temperatura è accompagnata da un aumento della perdita di calore corporeo. Anche gli indumenti bagnati perdono le loro proprietà isolanti.
4. Convezione:
Convezione- questo è un metodo di trasferimento del calore del corpo, effettuato trasferendo calore spostando particelle d'aria (acqua). La dissipazione del calore per convezione richiede un flusso d'aria attorno alla superficie del corpo con una temperatura inferiore a quella della pelle. Allo stesso tempo, 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 una persona adulta dissipa circa il 25-30% del calore nell'ambiente attraverso la conduzione e la convezione del calore (convezione di base). Con l'aumento della velocità di movimento dei flussi d'aria (vento, ventilazione), aumenta in modo significativo anche l'intensità del trasferimento di calore (convezione forzata).
L'essenza del processo di convezione risiede nel 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 spostata dalla successiva porzione di aria fredda. Se l'aria riscaldata non viene catturata con l'aiuto degli indumenti, questo processo sarà infinito. Infatti non sono gli indumenti a riscaldarci, ma l’aria che trattengono.
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 fa nulla per espellere l'aria calda. La stessa cosa accade quando ci muoviamo. Il nostro corpo "si schianta" nell'aria e scorre intorno a noi, comportandosi come il vento. Ciò moltiplica 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 del cervello, il collo e la testa sono le parti più riscaldate del corpo, quindi la perdita di calore da essi è molto grande. Inoltre, quando fa freddo, i luoghi ventosi dovrebbero essere evitati sia durante la guida che quando si sceglie un posto dove dormire.
Termoregolazione chimica:
Termoregolazione chimica la generazione di calore viene effettuata a causa di un cambiamento nel livello del metabolismo (processi ossidativi) causato dalla microvibrazione muscolare (oscillazioni), che porta ad un cambiamento nella formazione di calore nel corpo.
La fonte di calore nel corpo sono le reazioni di ossidazione esotermica 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; in primo luogo soprattutto, questo composto è noto come fonte universale di energia per tutti i processi biochimici che si verificano nei sistemi viventi). Durante la scomposizione dei nutrienti, parte dell'energia rilasciata viene accumulata in ATP, parte viene dissipata sotto forma di calore (il calore primario rappresenta il 65-70% dell'energia). Quando si utilizzano legami ad alta energia di molecole di ATP, parte dell'energia viene utilizzata per svolgere 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 nota un aumento della generazione di calore dovuto ad un aumento dell'intensità del metabolismo, in particolare, quando la temperatura ambiente diventa inferiore alla temperatura ottimale, o 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 durante la permanenza in acqua è superiore a quella nell'aria. Ciò è dovuto al fatto che l'acqua, che ha un'elevata capacità termica e conduttività termica, raffredda il corpo 14 volte più forte 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 aumentano del 10%. Una piccola attività fisica porta ad un aumento della generazione 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 ottenere calore dall'esterno, nell'organismo vengono utilizzati meccanismi che aumentano la produzione di energia termica. Questi meccanismi includono contrattile E termogenesi senza brividi.
1. Termogenesi contrattile.
Questo tipo di termoregolazione funziona quando abbiamo freddo e abbiamo bisogno di aumentare la temperatura corporea. Questo metodo è incluso in contrazione muscolare. Con la contrazione muscolare aumenta l'idrolisi dell'ATP, quindi aumenta il flusso di calore secondario, che va a riscaldare il corpo.
L'attività arbitraria dell'apparato muscolare avviene principalmente sotto l'influenza della corteccia cerebrale. Allo stesso tempo è possibile un aumento della produzione di calore di 3-5 volte rispetto al valore dello scambio principale.
Di solito, quando la temperatura del mezzo 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, nella creazione del tono partecipano i muscoli del collo, della testa, del tronco e degli arti.
Con un'ipotermia più significativa, il tono termoregolatore si trasforma in un tipo speciale di contrazione muscolare - brivido di freddo muscolare, 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 da parte del tessuto muscolare aumentano, il che comporta un aumento della produzione di calore. Il tremore inizia spesso con i muscoli del collo, del viso. Ciò è dovuto al fatto che, prima di tutto, la temperatura del sangue che scorre al cervello dovrebbe aumentare. 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 aumentare la temperatura corporea con l'aiuto di attività motoria cosciente. Quando si svolge attività fisica di diversa potenza, la produzione di calore aumenta di 5-15 volte rispetto al livello di riposo. Durante i primi 15-30 minuti di funzionamento a lungo termine, 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 senza brividi:
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 senza brividi 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 con l'aiuto del sistema nervoso entrano nel cervello.
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- si tratta di 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 proprio stato interno) del corpo. L’ipotalamo è collegato tramite vie neurali 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 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 dell'ipotalamo o l'interruzione delle connessioni nervose porta alla perdita della capacità di regolare la temperatura corporea.
L'ipotalamo anteriore contiene neuroni che controllano il trasferimento di calore.(forniscono la termoregolazione fisica - vasocostrizione, sudorazione).Quando i neuroni dell'ipotalamo anteriore vengono distrutti, il corpo non tollera le alte temperature, ma l'attività fisiologica viene preservata in condizioni di freddo.
I neuroni dell'ipotalamo posteriore controllano i processi di produzione di calore(forniscono la termoregolazione chimica - aumento della generazione di calore, tremori muscolari) Quando sono danneggiati, la capacità di aumentare il metabolismo energetico è compromessa, quindi il corpo non tollera bene il freddo.
Le cellule nervose termosensibili nella regione preottica dell'ipotalamo “misurano” direttamente la temperatura del sangue arterioso che scorre attraverso il cervello e sono altamente sensibili alle variazioni di temperatura (sono in grado di distinguere una differenza di 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 prevalentemente quando aumenta la temperatura del "nucleo" del corpo umano.
Sulla base dell'analisi e dell'integrazione delle informazioni sul valore della temperatura del sangue e dei tessuti periferici, il valore medio (integrale) 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 "punto di regolazione" della termoregolazione. In base all'analisi e al confronto dei valori della temperatura corporea media e del valore impostato della temperatura da regolare, i meccanismi del "set point" attraverso i neuroni effettori dell'ipotalamo posteriore influenzano i processi di scambio termico o produzione di calore per allineare la temperatura effettiva e quella impostata.
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 i limiti ottimali per la vita del corpo.
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 generazione di calore.
Ruolo ghiandole surrenali associati 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 aumentano i vasi cutanei, modificando il livello di trasferimento di calore.
Il corpo umano può rimanere vitale in un intervallo abbastanza ristretto di temperature interne, da +25 a +43 gradi. La capacità di mantenerli entro i limiti specificati anche con cambiamenti significativi delle condizioni esterne è chiamata termoregolazione. La norma fisiologica in questo caso è compresa tra 36,2 e 37 gradi, le deviazioni da essa sono considerate una violazione. Per scoprire le cause di tali patologie, è necessario sapere come avviene la termoregolazione nel corpo, quali fattori influenzano le fluttuazioni della temperatura interna e scoprire i metodi per correggerli.
Come avviene la termoregolazione nel corpo umano?
- Termoregolazione chimicaè il processo di produzione del calore.È prodotto da tutti gli organi del corpo, soprattutto quando il sangue li attraversa. La maggior parte dell’energia viene prodotta nel fegato e nei muscoli striati.
- Termoregolazione fisicaè il processo di trasferimento del calore. Viene effettuato con l'aiuto dello scambio termico diretto rispetto all'aria o agli oggetti freddi, alla radiazione infrarossa, nonché all'evaporazione del sudore dalla superficie della pelle e alla respirazione.
Come viene mantenuta la termoregolazione nel corpo umano?
La temperatura interna è controllata dalla sensibilità di speciali termorecettori. La maggior parte di essi si trova nella pelle, nel tratto respiratorio superiore e nelle mucose della cavità orale.
Quando le condizioni esterne si discostano dalla norma, i termorecettori producono impulsi nervosi che entrano nel midollo spinale, quindi nei tubercoli visivi, nell'ipotalamo, nella ghiandola pituitaria e raggiungono la corteccia cerebrale. Di conseguenza, appare una sensazione fisica di freddo o di caldo e il centro di termoregolazione stimola i processi di produzione o rilascio di calore.
Vale la pena notare che anche alcuni ormoni prendono parte al meccanismo descritto, in particolare alla formazione di energia. La tiroxina intensifica il metabolismo, che aumenta la produzione di calore. agisce in modo simile migliorando i processi ossidativi. Inoltre, contribuisce al restringimento dei vasi sanguigni della pelle, impedendo il rilascio di calore.
Cause di alterata termoregolazione del corpo
Durante lo sforzo fisico si verificano piccoli cambiamenti nel rapporto tra la produzione di energia termica e il suo trasferimento all'ambiente esterno. In questo caso non si tratta di una patologia, poiché i processi di termoregolazione vengono ripristinati rapidamente a riposo, durante il riposo.
La maggior parte dei disturbi considerati sono malattie sistemiche accompagnate da processi infiammatori. Tuttavia, in tali situazioni, anche un forte aumento della temperatura corporea viene erroneamente definito patologico, poiché febbre e febbre si verificano nel corpo per sopprimere la riproduzione delle cellule patogene (virus o batteri). In realtà, questo meccanismo è una normale reazione protettiva del sistema immunitario.
Le vere violazioni della termoregolazione accompagnano danni agli organi responsabili della sua attuazione, l'ipotalamo, la ghiandola pituitaria, il midollo spinale e il cervello. Questo succede con la meccanica 
traumi, emorragie, formazione di tumori. Inoltre, la patologia può essere rafforzata da malattie del sistema endocrino e cardiovascolare, disturbi ormonali, fisici o surriscaldamento.
Trattamento delle violazioni della normale termoregolazione nel corpo umano
È possibile ripristinare il corretto flusso dei meccanismi di produzione e rilascio del calore solo dopo aver accertato le cause delle loro alterazioni. Per fare una diagnosi, è necessario visitare un neurologo, superare una serie di test di laboratorio ed eseguire gli studi strumentali prescritti.
Scambio di calore
Il calore può spostarsi solo da una regione a temperatura più alta a una regione a temperatura più bassa. Pertanto, il flusso di energia termica da un organismo vivente all'ambiente non si ferma finché la temperatura corporea è superiore alla temperatura dell'ambiente.
La temperatura corporea è determinata dal rapporto tra la velocità di produzione di calore metabolico delle strutture cellulari e la velocità di dissipazione dell'energia termica generata nell'ambiente. Pertanto, lo scambio di calore tra l'organismo e l'ambiente è una condizione essenziale per l'esistenza degli organismi a sangue caldo. La violazione del rapporto tra questi processi porta a un cambiamento nella temperatura corporea.
La vita può svolgersi entro un intervallo ristretto di temperature.
La possibilità del flusso dei processi vitali è limitata da uno ristretto intervallo di temperature dell'ambiente interno, in cui possono verificarsi le principali reazioni enzimatiche. Per una persona, una diminuzione della temperatura corporea al di sotto dei 25 ° C e il suo aumento al di sopra dei 43 ° C sono solitamente fatali. Le cellule nervose sono particolarmente sensibili ai cambiamenti di temperatura.
Nucleo e guscio esterno del corpo
Dal punto di vista della termoregolazione, il corpo umano può essere rappresentato come costituito da due componenti: il guscio esterno e il nucleo interno. Il nucleo è una parte del corpo che ha una temperatura costante, mentre il guscio è la parte del corpo che ha un gradiente di temperatura. Lo scambio termico tra il nucleo e l'ambiente avviene attraverso il guscio.
termoregolazione
La termoregolazione è un insieme di processi fisiologici volti a mantenere la relativa costanza della temperatura interna in condizioni di variazione della temperatura ambientale regolando la produzione e il trasferimento di calore. La termoregolazione ha lo scopo di prevenire violazioni dell'equilibrio termico del corpo o di ripristinarlo, se tali violazioni si sono già verificate, e viene effettuata per via neuro-umorale.
Tipi di termoregolazione
La termoregolazione può essere divisa in due tipologie principali:
Termoregolazione chimica e fisica. A loro volta, sono anche divisi in diversi tipi:
- Termoregolazione chimica
termogenesi contrattile
- termogenesi senza brividi - Termoregolazione fisica
Radiazione
-Conduzione del calore (conduzione)
-Convezione
-Evaporazione
Considera questi tipi di termoregolazione in modo più dettagliato.
Termoregolazione chimica
Regolazione del volume di produzione di caloreTermoregolazione chimica della generazione di calore - viene effettuata modificando il livello del metabolismo, che porta a un cambiamento nella formazione di calore nel corpo. La fonte di calore nel corpo sono le reazioni di ossidazione esotermica di proteine, grassi, carboidrati e l'idrolisi dell'ATP.
Durante la scomposizione dei nutrienti, parte dell'energia rilasciata viene accumulata in ATP, parte viene dissipata sotto forma di calore (il calore primario rappresenta il 65-70% dell'energia). Quando si utilizzano legami ad alta energia di molecole di ATP, parte dell'energia viene utilizzata per svolgere lavoro utile e parte viene dissipata (calore secondario). Pertanto, due flussi di calore, primario e secondario, costituiscono la produzione di calore.
Se è necessario aumentare la produzione di calore, oltre alla possibilità di ottenere calore dall'esterno, nell'organismo vengono utilizzati meccanismi che aumentano la produzione di energia termica.
Questi meccanismi includono la termogenesi contrattile e non contrattile.
termogenesi contrattileQuesto tipo di termoregolazione funziona quando abbiamo freddo e abbiamo bisogno di aumentare la temperatura corporea. Questo metodo consiste nella contrazione muscolare.
Con la contrazione muscolare aumenta l'idrolisi dell'ATP, quindi aumenta il flusso di calore secondario, che va a riscaldare il corpo.
L'attività arbitraria dell'apparato muscolare avviene principalmente sotto l'influenza della corteccia cerebrale. In questo caso è possibile un aumento della produzione di calore di un fattore 3–5 rispetto al valore dello scambio principale.
Di solito, con una diminuzione della temperatura ambiente e della temperatura del sangue, la prima reazione è un aumento del tono termoregolatore. (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 della testa e del collo prendono parte alla creazione del tono.
Con un'ipotermia più significativa, il tono termoregolatore si trasforma in brivido di freddo muscolare. Il brivido da freddo è un'attività ritmica involontaria dei muscoli situati superficialmente, a seguito della quale aumenta la produzione di calore. Si ritiene che la produzione di calore durante i brividi di freddo sia 2,5 volte superiore rispetto all'attività muscolare volontaria.
Il meccanismo descritto funziona a livello riflesso, senza la partecipazione della nostra coscienza. Ma è possibile aumentare la temperatura corporea con l'aiuto dell'attività motoria cosciente.
Quando si esegue attività fisica di diversa potenza, la produzione di calore aumenta di 5-15 volte rispetto al livello di riposo. Durante i primi 15–30 minuti di funzionamento a lungo termine, la temperatura interna aumenta piuttosto rapidamente fino a un livello relativamente stazionario, per poi rimanere a questo livello o continuare a salire lentamente.
Termogenesi senza brividi
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. E questo, a sua volta, porterà ad una diminuzione o ad un aumento della produzione di calore. A causa di questo tipo di termogenesi, la produzione di calore può aumentare di 3 volte.
La regolazione dei processi di termogenesi senza brividi viene effettuata attivando il sistema nervoso simpatico, la produzione di ormoni tiroidei e il midollo surrenale.
Termoregolazione fisica
La termoregolazione fisica è intesa come un insieme di processi fisiologici che portano a un cambiamento nel livello di trasferimento di calore. Esistono diversi meccanismi di trasferimento del calore nell’ambiente.
- Radiazione - trasferimento di calore sotto forma di onde elettromagnetiche della gamma degli infrarossi. La radiazione emette energia a tutti gli oggetti la cui temperatura è superiore allo zero assoluto. La radiazione elettromagnetica passa liberamente attraverso il vuoto, anche l'aria atmosferica può essere considerata “trasparente”. La quantità di calore dissipata dal corpo nell'ambiente per irraggiamento è proporzionale alla superficie della radiazione (superficie del corpo non coperta dagli indumenti) e al gradiente di temperatura. Con una temperatura ambiente di 20°C e un'umidità relativa dell'aria del 40–60%, il corpo di una persona adulta dissipa circa il 40–50% del calore totale emesso dalle radiazioni.
- Conduzione del calore (conduzione) - un metodo di trasferimento del calore a diretto contatto del corpo con altri oggetti fisici. La quantità di calore ceduta all'ambiente con questo metodo 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 conduttività termica.
- Convezione - trasferimento di calore, effettuato mediante il trasferimento di calore mediante lo spostamento di particelle d'aria (acqua). L'aria a contatto con la pelle si riscalda e sale, il suo posto viene preso da una porzione d'aria “fredda”, ecc. In condizioni di comfort termico, il corpo perde fino al 15% di tutto il calore ceduto in questo modo.
- Evaporazione- il ritorno di energia termica all'ambiente dovuto all'evaporazione del sudore o dell'umidità dalla superficie della pelle e dalle mucose delle vie respiratorie. A causa dell'evaporazione, il corpo a una temperatura confortevole emette circa il 20% di tutto il calore dissipato. L'evaporazione è divisa in 2 tipi.
Sudorazione impercettibile- evaporazione dell'acqua dalle mucose delle vie respiratorie (attraverso il respiro) e acqua che filtra attraverso l'epitelio della pelle ( Evaporazione dalla superficie della pelle. Va anche se la pelle è secca.).
Durante il giorno fino a 400 ml di acqua evaporano attraverso le vie respiratorie, cioè 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 al giorno filtrano attraverso l'epidermide circa 240 ml di acqua. Pertanto, in questo modo il corpo perde fino a 139 kcal al giorno. Questo valore, di regola, non dipende dai processi di regolamentazione e da vari fattori ambientali.
Sudorazione percepita- trasferimento di calore attraverso evaporazione del sudore. In media, a una temperatura ambientale confortevole, vengono rilasciati 400-500 ml di sudore al giorno, quindi vengono emesse fino a 300 kcal di energia. Tuttavia, se necessario, il volume della sudorazione può aumentare fino a 12 l al giorno, ovvero Sudando si possono perdere fino a 7000 kcal al giorno.
L'efficienza dell'evaporazione dipende in gran parte dall'ambiente: maggiore è la temperatura e minore è l'umidità, maggiore è l'efficienza della traspirazione come meccanismo di trasferimento del calore. Al 100% di umidità l'evaporazione è impossibile.
Gestione 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 con l'aiuto del sistema nervoso entrano nel cervello.
L’ipotalamo svolge un ruolo importante nella termoregolazione. La distruzione dei suoi centri o l'interruzione delle connessioni nervose porta alla perdita della capacità di regolare la temperatura corporea. L'ipotalamo anteriore contiene neuroni che controllano il trasferimento di calore. Quando i neuroni dell'ipotalamo anteriore vengono distrutti, il corpo non tollera bene le alte temperature, ma l'attività fisiologica viene preservata in condizioni di freddo. I neuroni dell'ipotalamo posteriore controllano i processi di produzione di calore. Quando sono danneggiati, la capacità di aumentare lo scambio energetico è compromessa, quindi il corpo non tollera bene il freddo.
Sistema endocrino
L'ipotalamo controlla i processi di produzione e trasferimento di calore inviando impulsi nervosi alle ghiandole endocrine, principalmente alla tiroide e alle ghiandole surrenali.
La partecipazione della ghiandola tiroidea alla termoregolazione è dovuta al fatto che l'influenza della bassa temperatura porta ad un aumento del rilascio dei suoi ormoni, che accelerano il metabolismo e, di conseguenza, la generazione di calore.
Il ruolo delle ghiandole surrenali è associato al rilascio nel sangue delle catecolamine che, aumentando o diminuendo i processi ossidativi nei tessuti (ad esempio i muscoli), aumentano o diminuiscono la produzione di calore e restringono o aumentano i vasi cutanei, modificando il livello di trasferimento di calore.
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