La termoregolazione è un meccanismo che consente agli organismi viventi di mantenere un ambiente interno costante. La maggior parte dei processi nel corpo umano dipendono dalla temperatura: metabolismo, sintesi proteica e ormonale, digestione. Inoltre, il surriscaldamento o l'ipotermia possono portare a malattie gravi e persino alla morte.
Intervallo di temperatura
La termoregolazione è estremamente importante per la normale vita umana. per le persone sane rientra in un intervallo ristretto compreso tra 36,0 e 37,0 gradi Celsius. Una forte diminuzione o aumento di questi valori porta solitamente alla morte.
Nel caldo, una persona suda intensamente. La perdita di liquidi in questo modo porta alla disidratazione, a volte piuttosto grave. Insieme al sudore, vitamine e minerali lasciano il corpo. A causa della disidratazione, il sangue diventa più denso, il metabolismo è disturbato. La normale perdita di acqua durante la sudorazione ammonta al 3% del peso corporeo totale. Se questo valore supera la barriera del 6%, le funzioni cognitive ne risentono. Il venti per cento è sufficiente per un esito fatale. Inoltre c’è un altro pericolo. Durante una lunga permanenza al sole, il corpo accumula più calore di quello che cede all'ambiente e, secondo la legge dell'equilibrio termodinamico, il corpo umano si riscalda gradualmente alla temperatura dell'aria, cioè fino a 39-41 gradi Celsius . Ciò comporta colpo di calore e perdita di coscienza. Anche il sistema cardiovascolare funziona per usura: il polso accelera, la pressione aumenta, il sangue scorre con difficoltà nei vasi.
L'ipotermia non è meno pericolosa per l'uomo. Con il freddo, i vasi sanguigni del corpo si restringono, causando ischemia dei tessuti. E se l'esposizione al freddo è prolungata, è possibile la morte della pelle o delle aree muscolari. Influenzano anche il metabolismo, che avviene molte volte più velocemente, poiché il corpo ha bisogno di energia per riscaldarsi.
Nucleo e guscio
Convenzionalmente l’intero corpo umano può essere suddiviso in due livelli: il nucleo e il guscio. Il nucleo (per lo più organi interni) ha una temperatura costante di circa trentasette gradi. Ciò si ottiene mediante un equilibrio tra produzione di calore e trasferimento di calore. La calotta costituisce una barriera tra l'ambiente e il nucleo spessa 2,5 cm.La termoregolazione è la capacità della calotta di mantenere una temperatura interna costante.
La pelle di una persona sana in diverse aree può riscaldarsi da 24 a 36,6 gradi. Il posto più freddo è la punta delle dita, mentre il posto più caldo è l'ascella. Le fluttuazioni della temperatura corporea durante il giorno raggiungono un grado: il più basso - al mattino presto e il più alto - alle sei di sera.
Generazione e trasferimento di calore
Cos'è la termoregolazione e come viene mantenuta nel corpo umano? A questa domanda non è così facile rispondere come sembra a prima vista. Nel nostro corpo viene generato continuamente calore, che viene speso in gran parte per riscaldare l'ambiente esterno. Questo processo è chiamato trasferimento di calore. È regolato con l'aiuto del sistema nervoso, il metabolismo, l'attività cardiaca, la contrazione muscolare, ecc. dipendono dai suoi risultati.
Normalmente, la produzione di calore è uguale al trasferimento di calore, cioè si osserva l'isotermia. Le ragioni della termoregolazione sono semplici: aiuta a mantenere intatta la temperatura interna e garantisce una certa indipendenza del corpo dalle condizioni esterne. In un'ora genera in una persona abbastanza calore da far bollire un litro d'acqua. E se non fosse per il trasferimento di calore, tre giorni dopo la nascita saremmo tutti letteralmente cotti dall’interno. Pertanto, i processi che aiutano le persone a liberarsi del calore in eccesso sono estremamente importanti.
indurimento
Termoregolazione e indurimento vanno di pari passo. Il corpo si adatta agli effetti di temperature sempre più basse o più alte, si formano nuovi meccanismi per mantenere una temperatura interna costante.
A casa, esistono molti dei metodi di indurimento più comuni. Ad esempio, strofinando con acqua fredda. La prima volta l'acqua dovrebbe essere a 30 gradi, poi 28, 26 e così via fino a raggiungere i 15 gradi Celsius. Quando il corpo si abitua al freddo, puoi passare dai massaggi alle lavande o alle docce. Anche i bagni all'aria e al sole sono stati riconosciuti efficaci. Inizialmente, la durata delle sessioni non deve superare i 15 minuti, ma col tempo è possibile aumentare il tempo fino a 60. Tuttavia, vale la pena ricordare che l'insolazione prolungata può portare a problemi alla pelle e al cancro.
termorecettori
La pelle gioca un ruolo fondamentale nella termoregolazione del corpo. Essendo l'organo più grande del corpo umano, svolge molte funzioni, tra cui i termorecettori (freddo e caldo). Si sa che ce ne sono circa dieci volte più freddi, quindi siamo molto più sensibili alle basse temperature. Il più grande accumulo di recettori si trova sul viso, sul collo e, soprattutto, sulla punta delle dita. Tuttavia, la loro sensibilità è inversamente proporzionale all’importo. Nonostante ci siano più recettori del calore, sono quasi due volte più sensibili di quelli del freddo.
Tipi di termoregolazione
La termoregolazione è un insieme di processi volti a mantenere una temperatura corporea costante attraverso lo scambio di calore. Il meccanismo di funzionamento di questo sistema può essere descritto utilizzando il principio del "feedback". Cioè, prima cambia la temperatura ambientale, i recettori della pelle reagiscono e trasmettono un segnale al cervello. E da lì arriva la regolazione della produzione di calore e del suo ritorno.
Tutti i processi di termoregolazione possono essere suddivisi in due tipologie:
fisico;
Chimico.
La termoregolazione fisica, a sua volta, si divide in evaporazione, irraggiamento, conduzione del calore e convezione. Includono la termogenesi contrattile e non contrattile.
Termoregolazione fisica
La termoregolazione fisica è un insieme di processi che assicurano la rimozione del calore dal corpo. Per questo, la natura offre diversi modi:
Conduzione;
Convezione;
Radiazione;
Evaporazione.
Inoltre, il corpo può regolare l’intensità della circolazione sanguigna e il grado di vasodilatazione della pelle, che influisce anche sulla perdita di calore. Un altro meccanismo per il trasferimento di calore è la sudorazione. È più efficace in caso di clima caldo o di aumento artificiale della temperatura ambiente.
A riposo, a una temperatura confortevole di 20 gradi Celsius, una persona perde circa il sessanta per cento del calore per irraggiamento, ne evapora solo il venti e il resto è dovuto alla conduzione e convezione. In una sola ora perdiamo circa cento chilocalorie o quattrocentodiciannove joule.
Evaporazione e radiazione
L'evaporazione è il rilascio di energia nello spazio circostante dovuto alla perdita di umidità attraverso la pelle o le mucose. Altrimenti, questo processo si chiama sudorazione. Essendo a una temperatura confortevole (circa venti gradi Celsius), una persona perde circa 36 grammi di liquidi ogni ora. Con un aumento della temperatura o un lavoro intenso, questa cifra a volte aumenta fino a due litri all'ora.
La convezione è un modo dinamico di perdere calore, che viene effettuato spostando particelle di acqua o aria, ad esempio tali flussi sono creati dal vento o da un ventilatore. In poche parole, il corpo, rilasciando calore, riscalda l'aria vicino alla pelle. Diventa più leggero del freddo, sale più in alto e una nuova porzione prende il suo posto. Quando ci troviamo nel vento o ci muoviamo velocemente, anche l'aria intorno a noi si muove più velocemente, quindi il calore non indugia a lungo vicino alla pelle.
Termoregolazione chimica
Termoregolazione e metabolismo sono concetti strettamente correlati. Il metodo chimico si basa semplicemente sul cambiamento dell'intensità del processo di ossidazione e della vibrazione muscolare. L'energia per il riscaldamento del corpo è ottenuta dall'idrolisi dell'ATP (adenosina trifosfato). È necessario per la trasformazione di composti complessi in composti più semplici. Il calore che si sprigiona in questo caso viene dissipato nello spazio circostante. Questa è la termogenesi senza brividi.
A seconda della temperatura ambiente, il metabolismo può accelerare o rallentare per mantenere costante il nucleo. Una persona si sente più a suo agio a 18-20 gradi Celsius. Ma questo è per l'aria. L'acqua conduce il calore più fortemente, quindi la temperatura dovrebbe essere più alta. I muscoli producono più calore durante la glicolisi aerobica. Pertanto, quando abbiamo freddo, il corpo comincia a tremare per aumentare la produzione di calore. Questa condizione è chiamata termogenesi contrattile.
Gestione della termoregolazione
La termoregolazione del cervello avviene allo stesso modo del resto del corpo, con la differenza che è qui che si trova il centro che controlla l'intero processo. L'ipotalamo è il centro della termoregolazione, che coordina la velocità dei processi metabolici, la contrazione muscolare e il tono vascolare della pelle.
Le cellule nervose sensibili in questa parte del cervello possono distinguere fluttuazioni fino a centesimi e millesimi di grado. Analizzano le informazioni in arrivo e, secondo il principio del feedback, regolano la temperatura interna, impostandola in base alle circostanze esterne.
L'ipotalamo controlla la tiroide e le ghiandole surrenali. Il primo influenza il tasso metabolico e il secondo il tono vascolare e i processi ossidativi nei muscoli. Usa i neurotrasmettitori e regola lo stato del corpo in base alle circostanze.
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 vitalità attiva e prestazioni sufficienti 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 di breve durata, di un tritone gigante congelato in un ghiacciaio, secondo gli esperti, almeno circa 5.000 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, digestione, 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 dell'intestino crasso, la cui microflora, nel corso della sua attività vitale, produce molto calore, che mantiene la temperatura tessuti adiacenti. Il guscio termolabile è costituito da arti, pelle e tessuti sottocutanei, muscoli, ecc. La temperatura delle diverse sezioni del guscio varia ampiamente. Pertanto, la temperatura delle dita dei piedi è di circa 24°C, l'articolazione della caviglia è di 30–31°C, la punta del naso è di 25°C, l'ascella, il retto è di 36,5–36,9°C, ecc. Tuttavia, la temperatura del guscio è molto mobile, che è determinata dalle condizioni dell'attività vitale e dallo stato del corpo, e 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, con una diminuzione della temperatura polmonare fino a 0,5°C c'è una 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), per questo motivo a temperature ambiente elevate da un lato aumenta il trasferimento di calore (a causa dell'aumento della temperatura della pelle, dell'evaporazione del sudore, ecc.), e d'altra parte, la produzione di calore diminuisce (a causa della diminuzione del tono muscolare, del passaggio all'assorbimento di prodotti meno energetici da parte dell'organismo) ; 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.
Mantenere una temperatura costante dell'ambiente interno del corpo significa coordinare i processi di formazione e rilascio di calore. Questi processi vengono eseguiti utilizzando due meccanismi di produzione di calore (termoregolazione chimica) e di trasferimento di calore (termoregolazione fisica).
termoregolazione chimica In tutti gli organi, a seguito dei processi metabolici, si verifica la produzione di calore, i cui principali meccanismi di cambiamento sono l'attività metabolica e il lavoro muscolare. Pertanto, il sangue che scorre dagli organi interni e dai muscoli che lavorano, di regola, ha una temperatura più elevata rispetto al sangue che scorre. Tra i vari movimenti muscolari (locomozioni), si dovrebbe distinguere una forma speciale: il tremore. Il tremore è interamente finalizzato solo ad aumentare la generazione di calore, mentre nella locomozione ordinaria parte dell'energia viene spesa per muovere l'arto corrispondente e solo parte viene spesa per la termogenesi.
termoregolazione fisica Il trasferimento di calore avviene in diversi modi.
1. Conduzione di calore avviene durante il contatto diretto del corpo con un substrato denso; di conseguenza, parte del calore viene trasferita ad un oggetto meno riscaldato e il valore della conduzione del calore è determinato dal gradiente di temperatura e dalla loro conduttività termica.
Simile alla direzione è convezione sentiero. L'aria a contatto con la superficie del corpo in presenza di un gradiente di temperatura viene riscaldata. L'aria riscaldata diventa più leggera e, risalendo dal corpo, fa spazio a nuove porzioni d'aria e toglie così parte del calore. L'intensità della convezione naturale può essere aumentata mediante un ulteriore movimento d'aria, riducendo l'ostacolo al suo accesso al corpo mediante indumenti adeguati.
2. Radiazione di calore Il calore del corpo può essere rimosso anche con l'aiuto della radiazione infrarossa a onde lunghe. Ciò richiede anche un gradiente di temperatura: ad esempio tra la pelle più calda e le pareti più fredde.
3. Evaporazione Il raffreddamento della pelle è facilitato dal fatto che per evaporare 1 ml di sudore vengono consumate 0,58 kcal.
A temperatura ambiente, in una persona nuda, circa il 60% del calore viene emesso a causa dell'irraggiamento termico, circa il 12-15% - convezione dell'aria e 2-5% conduzione del calore, circa 20% - evaporazione.
Sistema di termoregolazione
I meccanismi fisici e chimici di termoregolazione nel corpo sono realizzati da processi biologici. Quindi il cambiamento nella produzione di calore è assicurato dalla regolazione del metabolismo da parte dei sistemi nervoso ed endocrino del corpo, dall'irraggiamento e dalla conduzione del calore - mediante espansione o contrazione dei vasi periferici, evaporazione - mediante un aumento o una diminuzione della sudorazione.
I nervi simpatici accelerano i processi metabolici. Una funzione simile è svolta dalle catecolamine surrenaliche e dagli ormoni tiroidei. L'essenza delle tremanti contrazioni involontarie è un forte aumento del processo di generazione di calore, poiché in questo caso tutta l'energia della contrazione muscolare viene convertita non in movimento meccanico, ma in calore.
La ridistribuzione del flusso sanguigno gioca un ruolo di primo piano nel modificare i processi di trasferimento del calore. Il restringimento dei vasi della pelle e del tessuto sottocutaneo, la chiusura delle anastomosi artero-venose contribuiscono ad un minore afflusso di calore e alla sua conservazione nel corpo. Al contrario, con la vasodilatazione, aumentano le possibilità per una manifestazione più efficace dei metodi fisici di trasferimento del calore. Con la dilatazione dei vasi sanguigni la temperatura cutanea può aumentare di 7-8°C. Il tono vascolare è controllato da ormoni e nervi autonomi. I nervi simpatici regolano anche il processo di traspirazione.
La temperatura corporea è controllata termorecettori periferico e centrale. I recettori periferici situati nella pelle contengono due tipi di recettori: caldo e freddo. I recettori centrali si trovano nell'ipotalamo principalmente nella regione preottica anteriore. Questi recettori svolgono un ruolo importante nella regolazione del trasferimento di calore, poiché controllano la temperatura del nucleo.
Ad una temperatura cutanea compresa tra 34 e 38°C gli impulsi in entrambi i tipi di recettori sono minimi. Questo crea una sensazione di comfort termico. Approssimativamente secondo lo stesso schema, funzionano i termorecettori centrali. Ma per loro la "finestra di temperatura" è più stretta, è compresa tra 37 e 37,5 o C.
Neuroni situati nell'ipotalamo anteriore centro di termoregolazione, attraverso il quale viene regolato il processo di trasferimento del calore. Il centro principale associato agli effettori è l'ipotalamo posteriore. Questi neuroni, attraverso i nervi simpatici, influenzano i vasi sanguigni, le ghiandole sudoripare e il metabolismo.
febbre ( febbri ) - questo è un tipico processo patologico caratteristico dell'uomo e degli animali omeotermici superiori, espresso in un aumento attivo della temperatura corporea a seguito della ristrutturazione dei centri di termoregolazione sotto l'influenza di sostanze pirogene. La febbre è causata da uno spostamento del punto costante di omeostasi della temperatura ad un livello più alto mantenendo i meccanismi di termoregolazione.
Va sottolineato che la temperatura corporea costante in tutti gli animali a sangue caldo viene mantenuta solo all'interno del corpo (nel "nucleo del corpo"). La temperatura del "guscio del corpo" - pelle, muscoli - può variare notevolmente a seconda della temperatura dell'ambiente. Pertanto, un indicatore oggettivo dell'aumento della temperatura corporea è l'aumento della temperatura interna del corpo.
Di eziologia Esistono due gruppi principali di febbri:
1. Infettivo.
pirogeni esogeni. Se ingeriti da animali omeotermi e dall'uomo, ne inducono la formazione pirogeni endogeni innescando collegamenti successivi nella catena patogenetica della febbre. I pirogeni endogeni sono anche detti pirogeni secondari e, a differenza dei pirogeni primari esogeni, sono fattori patogenetici della febbre. Le fonti di endopirogeni sono cellule fagocitiche - leucociti neutrofili, monociti, macrofagi alveolari e peritoneali, cellule RES - pirogeni dei leucociti. Oltre all'LP, i macrofagi sono in grado di sintetizzare le interleuchine in risposta all'esposizione agli esopirogeni. IL-1 colpisce il centro termoregolatore come LP, provocando febbre e stimola anche i linfociti T. Tale stimolazione dei linfociti, da un lato, porta all'attivazione del sistema immunitario nella lotta contro le infezioni e, dall'altro, stimola i linfociti a secernere linfochine che attivano il processo di formazione dell'endopirogeno da parte dei macrofagi. Prendendo ad esempio l'effetto dell'IL-1 si può tracciare una relazione diretta tra febbre e processi di difesa immunitaria.
1. Non infettivo. (proteine, sale)
Le febbri non infettive si verificano sotto l'influenza di numerosi fattori che causano danni ai tessuti e infiammazioni asettiche. Le febbri non infettive si verificano, ad esempio, con ustioni, lesioni meccaniche, dopo operazioni, con emorragie interne, attacchi di cuore, reazioni allergiche, processi autoimmuni, ecc. Lo sviluppo della febbre in questi casi è determinato dall'emigrazione dei leucociti al centro dell'infiammazione, la loro attivazione e il rilascio dei leucociti formati in essi pirogeni leucociti. Da ciò ne consegue che, nonostante la differenza nell'eziologia, il meccanismo patogenetico della comparsa della febbre non infettiva è identico a quello della febbre di genesi infettiva, cioè in entrambi i casi l'effetto dei fattori eziologici porta alla formazione di endopirogeni, che determinano tutti i processi successivi che si sviluppano durante la febbre.
Domanda 1. Cos'è la termoregolazione?
La termoregolazione è un insieme di processi fisiologici nel corpo umano e negli animali a sangue caldo volti a mantenere una temperatura corporea costante.
Domanda 2. Perché la termoregolazione è necessaria per il corpo?
La termoregolazione è essenziale. Con una diminuzione della temperatura corporea, si verifica un aumento della generazione di calore (con una deviazione dalla temperatura ottimale). Quando una persona si raffredda, a causa dell'azione sui recettori del freddo, appare un brivido, che è una contrazione muscolare involontaria casuale. A causa dei brividi aumentano i costi energetici, il che comporta un aumento della generazione di calore e, di conseguenza, della temperatura corporea.
Quando la temperatura ambiente aumenta, i vasi sanguigni della pelle si espandono, più sangue scorre attraverso di essi, la pelle si riscalda e aumenta il trasferimento di calore nell'ambiente.
Domanda 3. Quali sono i meccanismi di termoregolazione?
I vasi sanguigni permeano tutto il nostro corpo, penetrando nei muscoli, nel fegato e in altri organi dove viene generato calore. Il sangue in questi organi si riscalda e, scorrendo attraverso i vasi verso altre parti del corpo, cede parte del suo calore. Quindi il sangue trasporta calore in tutto il corpo, come se equalizzasse la temperatura all'interno del corpo.
Domanda 4. Qual è la temperatura del corpo umano?
Sia in inverno che in estate, la temperatura sulla superficie della pelle di una persona sana è di 36,6 °C e le sue fluttuazioni naturali non superano i 2 °C.
Domanda 5. Come cambia il lume dei vasi sanguigni con i cambiamenti della temperatura dell'aria?
Quando la temperatura ambiente diventa elevata, i vasi sanguigni della pelle si espandono, più sangue scorre attraverso di essi, la pelle si riscalda e il trasferimento di calore nell’ambiente aumenta. Se la temperatura dell’aria circostante diminuisce, il corpo tende a conservare il calore. I lumi dei vasi sanguigni si restringono, il trasferimento di calore diminuisce.
Domanda 6. Che ruolo gioca la pelle nel processo di termoregolazione?
Più dell'80% del calore viene perso attraverso la superficie della pelle. Quando i capillari si espandono, viene rilasciato calore; quando si contraggono, il calore viene trattenuto. Escrezione di umidità con sali e urea sotto forma di sudore. Responsabile di questa funzione è lo strato interno della pelle, la pelle stessa (derma). Questo è il ruolo della pelle nel processo di termoregolazione.
Domanda 7. Cos'è il sudore?
Il sudore è una soluzione acquosa di sali e sostanze organiche secrete dalle ghiandole sudoripare. L'evaporazione del sudore serve alla termoregolazione in molte specie di mammiferi.
Domanda 8. Come viene effettuata la sudorazione?
La sudorazione è il processo di escrezione di una secrezione liquida (sudore) da parte delle ghiandole sudoripare sulla superficie della pelle. Alla persona la sudorazione è effettuata da hl. arr. ghiandole eccrine, situate quasi su tutta la superficie cutanea, mentre la secrezione delle ghiandole sudoripare apocrine è ridotta.
Normalmente, la sudorazione ha una natura riflessa. Il collegamento iniziale nel riflesso della sudorazione sono i termorecettori della pelle, degli organi interni e dei muscoli, un'irritazione adeguata per la quale è l'alta temperatura dell'aria, cibi e liquidi caldi o speziati, aumento della produzione di calore durante lo sforzo fisico, febbre o esperienze emotive. I nervi efferenti che innervano le ghiandole sudoripare appartengono al sistema nervoso simpatico, ma sono di natura colinergica; la secrezione del sudore è aumentata dall'acetilcolina e soppressa dall'atropina.
Nella parte efferente dell'arco riflesso del riflesso sudorifero si possono distinguere 5 livelli: 1) il percorso dalla corteccia cerebrale all'ipotalamo; 2) dall'ipotalamo al midollo allungato; 3) dal midollo allungato, incrociandosi parzialmente, le fibre si avvicinano ai neuroni delle corna laterali del midollo spinale a livello di Th2-L2; 4) dai neuroni delle corna laterali del midollo spinale ai nodi della catena simpatica di confine; 5) dai neuroni della catena simpatica alle ghiandole sudoripare.
Domanda 9. Cosa influenza l'intensità della sudorazione?
Ci sono diversi motivi per sudare. Queste sono la temperatura dell'aria, il suo movimento e l'umidità.
PENSARE
Perché la temperatura del corpo umano non aumenta anche quando fa molto caldo?
In condizioni di caldo estremo, quando la temperatura corporea è inferiore alla temperatura ambiente, l’espansione dei vasi sanguigni non può più aumentare il trasferimento di calore. In questo caso il pericolo di surriscaldamento viene eliminato dalla sudorazione. Evaporando, il sudore assorbe una grande quantità di calore dalla superficie della pelle. Ecco perché la temperatura del corpo umano non aumenta nemmeno nelle giornate più calde. Una persona potrebbe sopportare una temperatura di 70-80 ° C, ma allo stesso tempo dovrebbe sudare 9-16 litri in poche ore.
Il concetto di temperatura corporea
La temperatura del corpo umano viene mantenuta a un livello relativamente costante, nonostante le fluttuazioni della temperatura dell'ambiente esterno. Questa temperatura corporea costante si chiama isoterma.
A causa della capacità di isotermia, nel corpo viene mantenuta una velocità costantemente elevata di tutte le reazioni chimiche e, di conseguenza, è possibile un'elevata intensità di tutti i processi vitali, nonostante le fluttuazioni della temperatura ambiente.
La formazione di calore nel corpo è dovuta alla continua ossidazione delle sostanze organiche. L'ossidazione si verifica in tutti gli organi e tessuti, ma non in modo altrettanto intenso.
Negli organi che svolgono un lavoro intenso (muscoli, fegato, reni, ecc.), viene generato più calore rispetto agli organi meno attivi (cartilagine, ossa, ecc.).
Contemporaneamente alla formazione del calore avviene anche il suo ritorno all'ambiente esterno, altrimenti si avrebbe un surriscaldamento del corpo. Il grado di perdita di calore da parte di organi e tessuti dipende in gran parte dalla loro posizione. Gli organi situati superficialmente (pelle, muscoli) emanano più calore e si raffreddano più fortemente degli organi interni.
Ne consegue che la temperatura delle diverse parti del corpo non è la stessa e dipende da:
1. intensità del metabolismo nel corpo,
2. posizione del corpo.
Da ciò ne consegue che il concetto di "temperatura corporea" è condizionale, poiché è diversa nelle diverse parti del corpo.
Ad esempio, la temperatura del fegato è 37,8 - 38 0; la temperatura della pelle è molto più bassa: a) collo - 34 0, b) testa 33,5 0, c) pelle delle dita - 28,5 0, d) naso - 24,4 0.
Le aree della pelle coperte da vestiti hanno una temperatura abbastanza costante di 33,2 - 33,5 0 . La temperatura delle zone esposte della pelle varia di diversi gradi a seconda della temperatura dell'ambiente esterno.
La temperatura corporea di una persona viene solitamente giudicata in base alla misurazione sotto l'ascella. Qui la temperatura in una persona sana è 36,5 - 36,9 0. Durante il giorno, la temperatura corporea non rimane costante, ma oscilla tra 0,5 e 0,7 0. La temperatura corporea massima si osserva alle 16-18, la minima alle 3-4 del mattino. Queste fluttuazioni della temperatura corporea dipendono dallo stile di vita: il riposo e il sonno abbassano la temperatura, l'attività muscolare la alza.
La costanza della temperatura corporea in una persona può essere mantenuta solo a condizione di uguaglianza nella produzione di calore e nel trasferimento di calore dell'intero organismo. Ciò si ottiene con l'aiuto. Meccanismi di termoregolazione che regolano l'intensità della generazione di calore nel corpo e il grado del suo ritorno all'ambiente esterno, che dipende in gran parte dalla temperatura ambiente. Il corpo, a seconda della temperatura dell'ambiente, del lavoro, ecc., può modificare sia l'intensità del metabolismo che il rilascio di calore da parte del corpo.
Meccanismi di termoregolazione
Termogegolazione chimica
Si tratta della regolazione della generazione di calore nel corpo ed è strettamente correlato ai cambiamenti nell'intensità del metabolismo nel corpo.
All’aumentare della temperatura ambiente, il metabolismo, e quindi la generazione di calore, diminuisce.
Con una diminuzione della temperatura ambiente, il metabolismo e, di conseguenza, la produzione di calore aumentano. La generazione di calore più intensa avviene durante la contrazione dei muscoli scheletrici (durante il lavoro fisico pesante, la generazione di calore aumenta di 20-30 volte). Nell'aumentare la produzione di calore è importante il brivido da freddo, che si manifesta di riflesso sotto l'azione del freddo e consiste in piccole contrazioni casuali e involontarie dei muscoli scheletrici. Grazie ad esso, la formazione di calore può aumentare di 2-4 volte.
Termoregolazione fisica
Consiste nella regolazione del trasferimento di calore dal corpo all'ambiente esterno, che dipende anche dalla temperatura dell'ambiente esterno. Con un aumento della temperatura dell'ambiente esterno aumenta il rilascio di calore da parte del corpo, con una diminuzione della temperatura dell'ambiente esterno diminuisce.
Modi di rilascio del calore.
Convezioneè il trasferimento di calore dalla pelle all'aria circostante. In questo caso lo strato d'aria riscaldato dalla pelle si solleva e viene sostituito da aria più fredda.
Conduzione di calore- trasferimento di calore dalla pelle agli oggetti ad essa adiacenti (terra, acqua, sedia, ecc.)
Radiazione di calore- rilascio di calore da parte del corpo per irraggiamento di raggi infrarossi termici.
La gravità delle suddette modalità di trasferimento del calore dipende in gran parte dalla temperatura ambiente. Con una diminuzione della temperatura ambiente, l'afflusso di sangue alla pelle diminuisce, mentre diventa pallido e il trasferimento di calore diminuisce. Quando la temperatura ambiente aumenta, aumenta l'afflusso di sangue alla pelle, che diventa rosa e aumenta il trasferimento di calore.
Evaporazione dell'acqua dalla superficie della pelle. A temperature ambiente elevate, la traspirazione aumenta e viceversa.
Evaporazione dell'acqua dalla superficie dei polmoni durante la respirazione. Al freddo, il riflesso respiratorio diventa meno frequente e, a temperature ambiente elevate, la respirazione accelera (dispnea termica).
Quando 1 grammo di acqua evapora, il corpo perde 2,4 kJ.
Il trasferimento di calore dal corpo è influenzato da:
movimento dell'aria ambiente
l'area superficiale della pelle da cui viene rilasciato il calore.
conduttività termica dell'ambiente (aria, acqua),
umidità dell'aria,
la natura dei vestiti.
Regolazione dello scambio termico
Il mantenimento di una temperatura corporea stabile si riduce al bilanciamento di due processi diretti in modo opposto: generazione di calore e trasferimento di calore. Ciò è ottenuto grazie alla presenza di meccanismi per la regolazione del trasferimento di calore.
Lo scambio termico è regolato da vie nervose e umorali.
regolazione nervosa.
Il corpo è dotato di termorecettori (freddo, caldo). Si trovano nella pelle, nella mucosa della lingua, nello stomaco, nella trachea, nei bronchi, nelle pareti dei vasi sanguigni, ecc. I termorecettori percepiscono le fluttuazioni della temperatura dei tessuti in cui si trovano e trasmettono informazioni sull'entità delle variazioni di temperatura ai centri di termoregolazione.
Il centro più alto della termoregolazione è situato nel diencefalo dell'ipotalamo. Nell'ipotalamo anteriore c'è un centro che regola il trasferimento di calore, mentre nell'ipotalamo posteriore c'è un centro che regola la generazione di calore. Le informazioni provenienti dai termorecettori modificano la loro attività e di riflesso si verifica un cambiamento nell'attività degli organi che influenzano la generazione e il trasferimento di calore.
L'irritazione del centro che regola il trasferimento del calore provoca vasodilatazione della pelle, aumento della sudorazione e aumento della respirazione. Tutto ciò migliora il trasferimento di calore e previene l'aumento della temperatura corporea.
L'irritazione del centro che regola la generazione del calore aumenta il metabolismo e provoca brividi di freddo. Tutto ciò aumenta la produzione di calore, che impedisce l'abbassamento della temperatura corporea.
Oltre ai centri dell'ipotalamo, altri centri nervosi partecipano alla regolazione dello scambio termico: vasomotore (costrizione e dilatazione dei vasi sanguigni), respiratorio (respirazione aumentata o rallentata), centri del midollo spinale (tremore, sudorazione).
Il centro di termoregolazione è influenzato non solo dalle informazioni provenienti dai termorecettori, ma anche da un cambiamento nella temperatura del sangue che circonda il centro di termoregolazione, che porta ad un cambiamento nella sua attività.
Anche la corteccia degli emisferi cerebrali influenza il centro della termoregolazione. La prova di ciò è un aumento della temperatura corporea in uno stato di forte eccitazione, con violente manifestazioni di gioia, piacere ed esperienze.
Regolazione umorale
Anche le ghiandole endocrine, principalmente la tiroide e le ghiandole surrenali, partecipano alla regolazione della temperatura corporea.
Quando il corpo si raffredda, aumenta la quantità di ormoni tiroidei nel sangue, che stimolano i processi metabolici, che portano ad un aumento della formazione di calore nel corpo.
L'adrenalina migliora i processi ossidativi nei tessuti, in particolare nei muscoli, aumentando la generazione di calore. Inoltre restringe i vasi sanguigni della pelle, riducendo così il trasferimento di calore.
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