Quali meccanismi fisiologici assicurano la termoregolazione del corpo. Meccanismi di termoregolazione

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.

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

I meccanismi fisiologici che forniscono l'omeostasi termica del corpo (il suo "nucleo") sono divisi in due gruppi funzionali: i meccanismi di termoregolazione chimica e fisica. La termoregolazione chimica è la regolazione della produzione di calore corporeo. Il calore viene costantemente prodotto nel corpo nel processo di reazioni redox del metabolismo. Allo stesso tempo, parte di essa viene ceduta all'ambiente esterno tanto maggiore quanto maggiore è la differenza tra la temperatura del corpo e quella dell'ambiente. Pertanto, il mantenimento di una temperatura corporea stabile con una diminuzione della temperatura ambientale richiede un corrispondente aumento dei processi metabolici e la conseguente generazione di calore, che compensa la perdita di calore e porta alla conservazione dell'equilibrio termico complessivo del corpo e al mantenimento di una temperatura interna costante . Il processo di miglioramento riflesso della produzione di calore in risposta ad 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 è una reazione speciale del corpo che non influisce sul livello di funzionamento dei principali sistemi fisiologici.

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 delle fibrille, registrate come aumento dell'attività elettrica di un muscolo immobile esternamente durante il suo raffreddamento. Il tono termoregolatore aumenta il consumo di ossigeno da parte del muscolo, talvolta di oltre il 150%. Con un raffreddamento più forte, insieme a un forte aumento del tono termoregolatore, vengono incluse contrazioni muscolari visibili sotto forma di brividi di freddo. Lo scambio di gas in questo caso aumenta fino al 300-400%. Tipicamente, i muscoli sono disuguali in termini di quota di partecipazione alla generazione di calore termoregolatoria.

Con un'esposizione prolungata al freddo, il tipo contrattile della termogenesi può essere sostituito (o integrato) in un modo o nell'altro, spostando la respirazione tissutale nel muscolo nella cosiddetta via libera (non fosforilante), in cui la fase di formazione e la successiva ripartizione dell'ATP cade. Questo meccanismo non è associato all'attività contrattile dei muscoli. La massa totale di calore rilasciata durante la respirazione libera è praticamente 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 liberamente un elevato livello di generazione di calore per lungo tempo.

I cambiamenti nell'intensità del metabolismo causati dall'influenza della temperatura ambientale sul corpo umano sono naturali. In un certo intervallo di temperature esterne, la produzione di calore corrispondente allo scambio 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, implicando un valore di temperatura specifico al quale si raggiunge un equilibrio termico con l'ambiente. In teoria questo è vero, ma è praticamente impossibile stabilire sperimentalmente un tale punto a causa delle costanti fluttuazioni irregolari del metabolismo e dell'instabilità delle proprietà termoisolanti delle coperture.

Una diminuzione della temperatura dell'ambiente al di fuori della zona termoneutrale provoca un aumento riflesso del livello del metabolismo e della produzione di calore fino a quando il bilancio termico del corpo non viene bilanciato in nuove condizioni. Per questo motivo la temperatura corporea rimane invariata.

Un aumento della temperatura dell'ambiente al di fuori della zona termoneutrale provoca anche un aumento del livello del metabolismo, causato dall'attivazione di meccanismi per l'attivazione del trasferimento di calore, che richiedono costi energetici aggiuntivi 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 migliorare il trasferimento di calore risultano inefficaci, inizia il surriscaldamento e, infine, 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 ad un cambiamento nella produzione di calore nei tessuti (la tensione delle reazioni chimiche di scambio), il secondo è caratterizzato dal trasferimento di calore e dalla ridistribuzione del calore. Insieme alla circolazione sanguigna, un ruolo importante nella termoregolazione fisica appartiene alla sudorazione, quindi una funzione speciale di trasferimento del calore appartiene alla pelle - qui il sangue riscaldato nei muscoli o nel "nucleo" si raffredda, e i meccanismi di sudorazione e la sudorazione si realizza qui.

b Nella conduzione del calore "normale" 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 (ovvero, il movimento di particelle di gas o liquidi, mescolando i loro strati riscaldati con quelli raffreddati). In un ambiente aereo, anche a riposo, il trasferimento di calore per convezione rappresenta fino al 30% della perdita di calore. Il ruolo della convezione nel vento o nel movimento di una persona 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 di quarto grado di temperatura della pelle (indumenti) e della superficie degli oggetti circostanti. In questo modo, in condizioni di "comfort", una persona nuda cede fino al 45% dell'energia termica, ma per una persona vestita in modo caldo la perdita di calore per irraggiamento non gioca un ruolo particolare.

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 di "comfort". 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. È facile calcolare la quantità totale di calore perso con il sudore, dato che in condizioni di intensa attività muscolare una persona può cedere fino a 10-12 litri di liquidi in una giornata lavorativa di otto ore. Al freddo, la perdita di calore attraverso il sudore in una persona ben vestita è piccola, ma anche in questo caso bisogna tenere conto della trasmissione di calore dovuta alla respirazione. In questo processo, vengono combinati contemporaneamente due meccanismi di trasferimento del calore: convezione ed evaporazione. La perdita di calore e di liquidi con 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%, con l'espansione massima - aumentare del 90%.

Differenze specifiche nella termoregolazione chimica sono espresse nella differenza nel livello del metabolismo principale (nella zona di termoneutralità), nella posizione e ampiezza della zona termoneutrale, nell'intensità della termoregolazione chimica (un aumento del metabolismo con una diminuzione della temperatura ambiente di 1 "C), nonché nell'intervallo di termoregolazione efficace. Tutti questi parametri riflettono le specificità ecologiche 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 fattori.

Le risposte normative volte a mantenere una temperatura corporea costante durante il surriscaldamento sono rappresentate da vari meccanismi per migliorare il trasferimento di calore verso l'ambiente esterno. Tra questi, il trasferimento di calore è diffuso e ha un'elevata efficienza intensificando l'evaporazione dell'umidità dalla superficie del corpo e (e) dalle vie respiratorie superiori. Quando l’umidità evapora, viene consumato calore, il che può contribuire a mantenere l’equilibrio termico. La reazione si attiva quando ci sono segni di un incipiente surriscaldamento del corpo.

Pertanto, i cambiamenti adattativi nel trasferimento di calore nel corpo umano possono essere mirati 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 di esaurire le riserve energetiche.

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?

1. 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.
2. 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.

L'area abitata dall'uomo si estende dalle zone polari, dove la temperatura dell'aria talvolta raggiunge i -86°C, alle savane equatoriali e ai deserti, nelle cui parti più calde all'ombra si avvicina ai +50°C! Tuttavia, in un intervallo di temperature così ampio, una persona mantiene una vitalità attiva e 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. Lo 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 dissociazione nell'attività del flusso dei singoli aspetti del metabolismo. Negli animali poichilotermi, a sangue freddo, la cui temperatura corporea è determinata dalla temperatura ambiente (aumenta o diminuisce insieme a 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 all'arresto completo - la cosiddetta animazione sospesa, e a temperature molto elevate si verifica la morte o l'essiccazione, che in alcuni poichilotermi è anche una sorta di animazione sospesa. Quindi, con un cambiamento 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 a breve termine, di un tritone gigante congelato in un ghiacciaio, secondo gli esperti, almeno circa 5000 anni fa.

Pertanto, la capacità di mantenere una temperatura corporea costante in varie condizioni di esistenza rende gli animali a sangue caldo indipendenti dalle circostanze della natura e in grado 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 il suo ritorno attivo in caso di pericolo di surriscaldamento e l'attivazione della termogenesi con trasferimento di calore limitato - in caso di pericolo di ipotermia.

Le statistiche mostrano che in Russia più del 40% di tutti i casi di invalidità temporanea sono dovuti a raffreddori, il che dà motivo ai non addetti ai lavori di considerare imperfetto il sistema di termoregolazione. Tuttavia, ci sono molti fatti che indicano l'elevata resistenza naturale di una persona all'azione delle basse temperature. Così, gli yogi competono a temperature inferiori a -20 ° C nella velocità di asciugare le lenzuola bagnate con il calore dei loro corpi, seduti nudi sul ghiaccio di un lago ghiacciato. Nuotare da parte di nuotatori appositamente addestrati attraverso lo stretto di Bering dall'Alaska alla Chukotka (più di 40 km) ad una temperatura dell'acqua di +4°C - +6°C è ormai una tradizione. Gli Yakut strofinano i neonati con la neve, gli Ostyak e i Tungus li immergono nella neve, li bagnano con acqua fredda e poi li avvolgono in pelli di renna... In questo caso, a quanto pare, si dovrebbe piuttosto parlare di perversione dei meccanismi perfetti di termoregolazione umana molto lontano dalle condizioni che le hanno formate nell'evoluzione della vita di una persona moderna 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 varia da 36,8 a 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, che mantiene la 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 notevolmente. 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 dell'attività vitale e dallo stato del corpo, quindi il suo spessore può variare da molto sottile al caldo a molto potente, comprimendo il nucleo - al freddo. Tali rapporti tra nucleo e guscio sono dovuti al fatto che il primo produce prevalentemente calore (a riposo), mentre il secondo deve garantire la conservazione di tale calore. Ciò spiega il fatto che nelle persone indurite, il guscio al freddo avvolge rapidamente e in modo affidabile il nucleo, 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 aumenta la minaccia di polmonite).

La stabilità termica del corpo è fornita principalmente da due meccanismi complementari di regolazione: fisico e chimico. Termoregolazione fisica Si attiva principalmente quando c'è pericolo di surriscaldamento e consiste nella cessione di calore all'ambiente. Ciò include tutti i possibili meccanismi di trasferimento del calore: radiazione termica, trasferimento di calore, convezione ed evaporazione. La radiazione termica viene effettuata a causa dei raggi infrarossi emanati dalla pelle che ha una temperatura elevata. La conduzione del calore avviene grazie alla differenza di temperatura tra la pelle e l'aria circostante. L'aumento di questa differenza è dovuto all'iperemia: l'espansione dei vasi cutanei e l'afflusso di sangue più caldo dagli organi interni, motivo per cui il colore della pelle diventa rosa con il calore. Allo stesso tempo, l'efficienza del trasferimento di calore è determinata dalla conduttività termica e dalla capacità termica dell'ambiente esterno: ad esempio, questi indicatori alle temperature corrispondenti per l'acqua sono 20–27 volte superiori a quelli dell'aria. Da ciò diventa chiaro perché la temperatura dell'aria termoconfortevole per una persona è di circa 18 ° C e dell'acqua - 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, l'efficacia di questo metodo diventa chiara.

In varie condizioni di vita, il rapporto tra la perdita di calore in un modo o nell'altro cambia notevolmente. Quindi, 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 aumento del lavoro - 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 del corpo è eccezionalmente elevata. Calcoli biofisici mostrano che una violazione 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 il inizia la distruzione irreversibile delle strutture proteiche.

Termoregolazione chimicaè di particolare importanza quando esiste il pericolo di ipotermia. La perdita della copertura di lana da parte di una persona rispetto agli animali lo ha reso particolarmente sensibile all'azione delle basse temperature, come dimostra il fatto che una persona ha 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 molto più facilmente una diminuzione della temperatura corporea rispetto al suo aumento. Pertanto, i neonati tollerano facilmente una diminuzione della temperatura corporea di 3–5 °C, ma è difficile tollerare un aumento di 1–2 °C. Un adulto senza conseguenze tollera l'ipotermia fino a 33-34 ° C, 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, sono stati notati casi di rinascita di persone congelate, la cui temperatura cutanea è scesa al di sotto del punto di congelamento.

L'essenza della termoregolazione chimica è modificare l'attività dei processi metabolici nel corpo: a una temperatura esterna elevata diminuisce e a una temperatura bassa aumenta. Gli studi dimostrano che con una diminuzione della temperatura ambiente di 1°C in una persona nuda a riposo, l'attività metabolica aumenta del 10%. (Tuttavia, l'anestesia e i cosiddetti antipsicotici disattivano i meccanismi regolatori superiori della stabilità termica negli animali a sangue caldo, rendendoli 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 tanto più attivamente quanto più pericolosa è la minacciosa violazione della stabilità termica. Pertanto, ad 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 da essi riprodotta è trascurabile. Al contrario, con il pericolo di ipotermia, il tremore diventa sempre più importante: 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 termogenesi non contrattile). Non c'è quindi nulla di sorprendente nel fatto che durante i brividi la produzione di calore del corpo può aumentare di più di tre volte e durante un intenso lavoro fisico di 10 o più volte.

Anche i polmoni svolgono un indubbio ruolo nella termoregolazione chimica, i quali, a causa dei cambiamenti nell'attività metabolica dei grassi ipercalorici inclusi nella loro struttura, mantengono una temperatura relativamente costante, motivo per cui ad alta temperatura esterna il sangue che scorre dal i polmoni sono più freddi e, a basse temperature, sono più caldi dell'aria inalata.

I meccanismi fisici e chimici della termoregolazione funzionano con un elevato grado di coordinazione grazie alla presenza nel sistema nervoso centrale del centro corrispondente nel diencefalo (ipotalamo). Ecco perché, a una temperatura ambiente elevata, da un lato aumenta il trasferimento di calore (a causa dell'aumento della temperatura cutanea, dell'attivazione della respirazione, dell'aumento dei processi di evaporazione del sudore, ecc.), e dall'altro diminuisce la produzione di calore ( a causa di una diminuzione del tono muscolare, una transizione verso l'assimilazione da parte dell'organismo di prodotti meno energetici); a basse temperature, al contrario: la produzione di calore aumenta e la trasmissione termica diminuisce.

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

La temperatura corporea dell'uomo e degli animali superiori viene mantenuta a un livello relativamente costante, nonostante le fluttuazioni della temperatura ambiente. Questa costanza della temperatura corporea è chiamata isotermia.

L'isotermia è caratteristica solo dei cosiddetti animali omeotermici o a sangue caldo. L'isotermia è assente negli animali poichilotermici, cioè a sangue freddo, la cui temperatura corporea è variabile e differisce poco dalla temperatura ambiente.

L'isotermia nel processo di sviluppo dell'organismo si sviluppa gradualmente. In un neonato, la capacità di mantenere una temperatura corporea costante è debole. Di conseguenza, a temperature ambiente che non colpiscono un adulto, può verificarsi un raffreddamento (ipotermia) o un surriscaldamento (ipertermia) del corpo. Inoltre, anche un piccolo lavoro muscolare, come il pianto prolungato di un bambino, può aumentare la temperatura corporea.

La temperatura è uno dei fattori più importanti che determinano la velocità e la direzione delle reazioni chimiche. L'essenza del metabolismo - la caratteristica principale e integrale della vita - sono le reazioni enzimatiche chimiche. Pertanto, la temperatura è una delle costanti più importanti del corpo, che viene mantenuta a un livello rigorosamente costante. La temperatura degli organi e dei tessuti, così come dell'intero organismo nel suo insieme, dipende dall'intensità della produzione di calore e dall'entità del trasferimento di calore.

La produzione di calore avviene a seguito di reazioni esotermiche che si verificano continuamente. Queste reazioni si verificano in tutti gli organi e tessuti con vari gradi di intensità. Nei tessuti e negli organi che svolgono un lavoro attivo - nel tessuto muscolare, nel fegato, nei reni, viene rilasciato più calore rispetto a quelli meno attivi - tessuto connettivo, ossa, cartilagine.

La trasmissione del calore è il rilascio di calore nell'ambiente, avviene costantemente e contemporaneamente al processo di produzione del calore.

La perdita di calore avviene in diversi modi. Come ogni corpo riscaldato, il corpo emette calore per irraggiamento. In condizioni in cui la temperatura ambiente è inferiore alla temperatura corporea, il calore viene rilasciato per convezione, riscaldando l'aria o gli oggetti con cui il corpo entra in contatto. Infine, il trasferimento di calore avviene mediante evaporazione dell'acqua - sudore dalla superficie del corpo. Parte del calore viene disperso con l'aria espirata, l'urina e le feci.

La temperatura dei diversi organi è diversa. Quindi, il fegato, situato in profondità nel corpo e dando maggiore produzione di calore, ha una temperatura più alta e costante nell'uomo (37,8-38 °C) rispetto alla pelle, la cui temperatura è molto più bassa (sulle zone coperte dai vestiti 29,5 -33 9°C) ed è maggiormente dipendente dall'ambiente. Allo stesso tempo, diverse parti della superficie della pelle hanno temperature diverse. Solitamente la temperatura della pelle del tronco e della testa (33-34°C) è superiore alla temperatura delle estremità. Da quanto precede risulta che il concetto di "temperatura corporea costante" è condizionale. Soprattutto, la temperatura media del corpo nel suo insieme è caratterizzata dalla temperatura del sangue nei vasi più grandi, poiché il sangue che circola in essi viene riscaldato nei tessuti attivi (raffreddandoli) e si raffredda nella pelle (riscaldando contemporaneamente Esso).

La temperatura corporea di una persona viene solitamente giudicata in base alla misurazione sotto l'ascella. Qui la temperatura in una persona sana è di 36,5-36,9°C. In clinica spesso (soprattutto nei neonati) viene misurata la temperatura nel retto, dove è più alta che sotto l'ascella, ed è uguale alla temperatura di una persona sana, in media 37,2-37,5 ° C.

La temperatura corporea non rimane costante, ma oscilla durante il giorno entro 0,5-0,7 °C. Riposo e sonno abbassano la temperatura, l'attività muscolare la alza. La temperatura corporea massima si osserva alle 16-18, la minima alle 3-4 del mattino.

La costanza della temperatura corporea in una persona può essere mantenuta a condizione di uguaglianza nella produzione di calore e nel trasferimento di calore dell'intero organismo. Ciò si ottiene attraverso i meccanismi fisiologici di termoregolazione. La termoregolazione si manifesta sotto forma di una combinazione di processi di produzione e trasferimento di calore, regolati dalla via neuroendocrina. La termoregolazione viene solitamente divisa in chimica e fisica.

La termoregolazione chimica viene effettuata modificando il livello di generazione di calore, ad es. aumento o diminuzione dell'intensità del metabolismo nelle cellule del corpo. La termoregolazione fisica viene effettuata modificando l'intensità del trasferimento di calore.

L'aumento della produzione di calore durante la termogenesi contrattile avviene a causa di un aumento dell'attività del tessuto muscolare. Con la contrazione dei muscoli volontari scheletrici aumenta la produzione di calore. Esiste un tipo speciale di contrazione muscolare: il tremore muscolare, in cui i muscoli non svolgono un lavoro utile e la loro contrazione è finalizzata esclusivamente a generare calore.

Con la termogenesi senza brividi, il corso delle reazioni chimiche cambia. Non tutta l'energia rilasciata nei processi di dissimilazione è contenuta nelle molecole di ATP. Il numero di molecole di ATP sintetizzate diminuisce, perché. Una parte dell'energia viene immediatamente convertita in calore. Il corpo si riscalda, ma la sua capacità lavorativa diminuisce. La termoregolazione chimica, basata su un cambiamento del metabolismo, è un prezzo troppo costoso per mantenere la temperatura corporea a un livello costante.

La termoregolazione chimica è fondamentale per mantenere costante la temperatura corporea, sia in condizioni normali che al variare della temperatura ambiente. I meccanismi di termoregolazione chimica si attivano quando gli organi sono sottoposti a un raffreddamento prolungato e severo.

Nell'uomo si verifica un aumento della produzione di calore dovuto ad un aumento dell'intensità del metabolismo, se la temperatura ambiente diventa inferiore alla temperatura ottimale o alla zona di comfort. Con normali indumenti leggeri, questa zona è compresa tra 18 e 20°C e per una persona nuda - 28°C.

La produzione di calore più intensa nel corpo avviene nei muscoli. Anche se una persona giace immobile, ma con i muscoli tesi, i processi ossidativi e allo stesso tempo la produzione 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%.

In condizioni di freddo, la generazione di calore nei muscoli aumenta, anche se la persona è ferma. Ciò è dovuto al fatto che il raffreddamento della superficie del corpo, agendo sui recettori che percepiscono l'irritazione del freddo, provoca riflessivamente contrazioni muscolari involontarie caotiche, manifestate sotto forma di tremori (brividi). Allo stesso tempo, i processi metabolici del corpo vengono notevolmente migliorati, aumenta il consumo di ossigeno e carboidrati da parte del tessuto muscolare, il che comporta un aumento della produzione di calore.

Nella termoregolazione chimica, oltre ai muscoli, un ruolo significativo è svolto dal fegato e dai reni.

Il rilascio di energia nel corpo avviene a causa della decomposizione ossidativa di proteine, grassi e carboidrati. Pertanto tutti i meccanismi che regolano i processi ossidativi regolano anche la produzione di calore.

La termoregolazione fisica è apparsa nelle fasi successive dell'evoluzione. I suoi meccanismi non influenzano i processi del metabolismo cellulare. I meccanismi di termoregolazione fisica vengono attivati ​​in modo riflessivo e, come ogni meccanismo riflesso, hanno tre componenti principali. Innanzitutto si tratta di recettori che percepiscono i cambiamenti di temperatura all'interno del corpo o dell'ambiente. Il secondo anello è il centro della termoregolazione. Il terzo collegamento sono gli effettori che modificano i processi di trasferimento del calore, mantenendo la temperatura corporea a un livello costante. Nel corpo, ad eccezione delle ghiandole sudoripare, non esistono effettori propri del meccanismo riflesso della termoregolazione fisica.

La termoregolazione fisica è la regolazione del trasferimento di calore. I suoi meccanismi garantiscono il mantenimento della temperatura corporea a un livello costante, sia in condizioni in cui il corpo è minacciato di surriscaldamento, sia durante il raffreddamento.

La termoregolazione fisica viene effettuata modificando il rilascio di calore da parte del corpo. Acquisisce particolare importanza nel mantenere una temperatura corporea costante durante la permanenza del corpo in condizioni di temperatura ambiente elevata.

Il trasferimento di calore avviene mediante radiazione di calore (trasferimento di calore per radiazione), convezione, cioè movimento e miscelazione dell'aria riscaldata dal corpo, conduzione di calore, cioè dissipazione del calore da parte di una sostanza a contatto con la superficie del corpo. La natura del trasferimento di calore da parte del corpo varia a seconda dell'intensità del metabolismo.

La perdita di calore è impedita dallo strato di aria ferma che si trova tra gli indumenti e la pelle, poiché l'aria è un cattivo conduttore di calore. Lo strato di tessuto adiposo sottocutaneo impedisce in larga misura il trasferimento di calore a causa della bassa conduttività termica del grasso.

La temperatura della pelle, e quindi l'intensità dell'irraggiamento e della conduzione del calore, può variare in condizioni ambientali fredde o calde in conseguenza della ridistribuzione del sangue nei vasi e con variazioni del volume del sangue circolante.

Con il freddo i vasi sanguigni della pelle, soprattutto le arteriole, si restringono; più sangue entra nei vasi della cavità addominale e quindi il trasferimento di calore è limitato. Gli strati superficiali della pelle, ricevendo meno sangue caldo, irradiano meno calore, quindi il trasferimento di calore diminuisce. Inoltre, con un forte raffreddamento della pelle, si aprono le anastomosi artero-venose, che riducono la quantità di sangue che entra nei capillari e quindi impedisce il trasferimento di calore.

La ridistribuzione del sangue che avviene con il freddo - una diminuzione della quantità di sangue che circola attraverso i vasi superficiali e un aumento della quantità di sangue che passa attraverso i vasi degli organi interni - contribuisce alla conservazione del calore negli organi interni, la cui temperatura viene mantenuta ad un livello costante.

Quando la temperatura ambiente aumenta, i vasi della pelle si espandono, aumenta la quantità di sangue che circola in essi. Il volume del sangue circolante in tutto il corpo aumenta anche a causa del trasferimento di acqua dai tessuti ai vasi e anche perché la milza e altri depositi di sangue rilasciano ulteriore sangue nella circolazione generale. Un aumento della quantità di sangue che circola attraverso i vasi superficiali del corpo favorisce il trasferimento di calore attraverso l'irraggiamento e la convezione. Per mantenere una temperatura corporea costante a temperature ambientali elevate, è importante anche la sudorazione, che avviene a causa del trasferimento di calore nel processo di evaporazione dell'acqua.

Le reazioni regolatrici che mantengono una temperatura corporea costante sono atti riflessi complessi che si verificano in risposta alla stimolazione termica dei recettori.

I recettori da cui si innescano i meccanismi riflessi di termoregolazione chimico-fisica si dividono in recettori che rispondono al caldo e al freddo, o termorecettori del caldo e del freddo. Si trovano sia sulla superficie che all'interno del corpo. Di quelli superficiali sono particolarmente importanti i termorecettori della pelle, di quelli interni i termorecettori dell'ipotalamo.

Il meccanismo centrale del sistema di termoregolazione è costituito da una serie di sezioni del sistema nervoso centrale, che vanno dal midollo spinale alla corteccia cerebrale compresa. Il suo dipartimento principale si trova nell'ipotalamo ed è diviso nel centro di produzione del calore e nel centro di perdita di calore. Gli impulsi provenienti dall'ipotalamo arrivano lungo vie discendenti ai centri del sistema nervoso autonomo situati nel midollo allungato e nel midollo spinale, o ai neuroni che innervano i muscoli striati. Quindi, attraverso i nervi vegetativi e somatici, l'informazione arriva agli effettori della termoregolazione: muscoli, ghiandole sudoripare, centri del sistema respiratorio e cardiovascolare, modificando le loro funzioni nell'interesse di preservare o conferire al corpo. A causa delle connessioni tra le strutture dell'ipotalamo e dell'ipofisi, le strutture centrali di termoregolazione attraverso le ghiandole endocrine in modo neuroumorale possono influenzare l'intensità del metabolismo nelle cellule, aumentando la produzione di calore. Questi sono, ovviamente, meccanismi riflessi per la regolazione della temperatura corporea. Le strette connessioni dei centri ipotalamici con la corteccia cerebrale forniscono una regolazione riflessa condizionata dei processi di termoregolazione, un sottile cambiamento adattivo nell'attività di tutti gli organi coinvolti nella termoregolazione in risposta a diversi cambiamenti nell'ambiente esterno.

L'unico effettore proprio - l'esecutore della termoregolazione fisica - è la ghiandola sudoripare. La sudorazione è il meccanismo fisiologico più potente per il trasferimento di calore, cioè raffreddamento. Una persona in stato di calma perde circa il 20% del calore per evaporazione dell'umidità rilasciata durante la sudorazione e fino all'80% durante il lavoro muscolare. L'intensità del processo di evaporazione dipende da molti fattori: lo stato del corpo, la temperatura ambiente, il movimento dell'aria e la sua umidità. L'evaporazione dell'acqua è un fattore importante nella termoregolazione fisica. Oltre all'effettore proprio della ghiandola sudoripare, viene effettuato anche dal rilascio di acqua durante la respirazione e dalla sua evaporazione dalla superficie delle vie respiratorie. Pertanto, il sistema respiratorio è uno degli effettori più importanti della termoregolazione fisica. Un cambiamento nella frequenza e nella profondità dei movimenti respiratori - mancanza di respiro termico che si verifica quando il corpo è esposto ad alte temperature - è un importante meccanismo di termoregolazione nell'uomo. Uno degli effettori più importanti della termoregolazione fisica è il sistema cardiovascolare, che risolve i problemi sia del trasferimento di calore che della conservazione del calore, e quindi è coinvolto nei processi di termoregolazione anche in condizioni che minacciano il corpo di surriscaldamento e raffreddamento. Il calore viene rilasciato nell'ambiente dalla superficie del corpo: pelle, tessuto adiposo sottocutaneo e muscoli parzialmente adiacenti. Un cambiamento nel diametro dei vasi di questi organi porta ad una ridistribuzione della quantità di sangue circolante "riscaldato". In condizioni in cui è necessario ridurre il trasferimento di calore, si verifica la vasocostrizione, la quantità di sangue che entra nella superficie del corpo diminuisce e il sangue riscaldato, passando attraverso le anastomosi artero-venose, scorre nei vasi degli organi interni. La temperatura superficiale del corpo diminuisce e diminuisce il trasferimento di calore per irraggiamento e convezione. In condizioni che richiedono un aumento del trasferimento di calore, la vasodilatazione porta ad un aumento del flusso di sangue "caldo" sulla superficie del corpo e aumenta il trasferimento di calore. Allo stesso tempo, in queste condizioni aumenta anche la sudorazione.