I componenti principali dei meccanismi di termoregolazione fisica. Meccanismi di termoregolazione corporea

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'isoterma è assente nei poichilotermi, ovvero animali a sangue freddo, la cui temperatura corporea è variabile e differisce poco dalla temperatura ambiente.

L'isotermia si sviluppa gradualmente durante lo sviluppo dell'organismo. La capacità di un neonato 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 lavoro muscolare minore, come quello associato al 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 dalla quantità di trasferimento di calore.

La produzione di calore avviene a causa 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 - tessuto muscolare, fegato, reni - viene rilasciata una maggiore quantità di calore rispetto a quelli meno attivi - tessuto connettivo, ossa, cartilagine.

Il trasferimento di calore è il trasferimento di calore all'ambiente; avviene costantemente e contemporaneamente al processo di produzione di 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 trasferito per convezione, riscaldando l'aria o gli oggetti con cui il corpo entra in contatto. Infine, il trasferimento di calore avviene attraverso l'evaporazione dell'acqua - sudore dalla superficie del corpo. Una parte del calore viene dispersa attraverso l'aria espirata, l'urina e le feci.

La temperatura dei diversi organi è diversa. Pertanto, il fegato, situato in profondità nel corpo e producendo una maggiore produzione di calore, ha una temperatura più elevata e costante nell'uomo (37,8-38 °C) rispetto alla pelle, la cui temperatura è molto più bassa (nelle zone coperte da indumenti 29,5 -33,9°C) e dipende in gran parte dall'ambiente. In questo caso, diverse aree della superficie cutanea hanno temperature diverse. Di solito la temperatura della pelle del busto e della testa (33-34°C) è superiore alla temperatura delle estremità. Da quanto sopra ne consegue che il concetto di “temperatura corporea costante” è condizionale. La temperatura media del corpo nel suo complesso è meglio caratterizzata dalla temperatura del sangue nei vasi più grandi, poiché il sangue che circola in essi viene riscaldato nei tessuti attivi (raffreddandoli così) e raffreddato nella pelle (riscaldandosi allo stesso tempo Esso).

La temperatura corporea di una persona viene solitamente valutata in base alla misurazione sotto l’ascella. Qui la temperatura di 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 la giornata nell'intervallo 0,5-0,7°C. Riposo e sonno abbassano la temperatura, l'attività muscolare la aumenta. La temperatura corporea massima si osserva alle 4-6 di sera, la minima alle 3-4 del mattino.

La costanza della temperatura corporea di una persona può essere mantenuta a condizione che la produzione di calore e il trasferimento di calore dell'intero organismo siano uguali. Ciò si ottiene attraverso 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. rafforzare o indebolire l'intensità del metabolismo nelle cellule del corpo. La termoregolazione fisica viene effettuata modificando l'intensità del trasferimento di calore.

Un aumento della produzione di calore durante la termogonesi contrattile si verifica a causa di un aumento dell'attività del tessuto muscolare. Quando i muscoli volontari scheletrici si contraggono, la produzione di calore aumenta. Esiste un tipo speciale di contrazione muscolare: i tremori muscolari, in cui i muscoli non svolgono un lavoro utile e la loro contrazione è finalizzata esclusivamente a generare calore.

Con la termogenesi non contrattile, 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 Parte dell'energia si trasforma immediatamente in calore. Il corpo si riscalda, ma le sue capacità lavorative diminuiscono. La termoregolazione chimica, basata sui cambiamenti del metabolismo, è troppo costosa per mantenere la temperatura corporea a un livello costante.

La termoregolazione chimica è importante 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.

Una persona sperimenta un aumento della produzione di calore a causa di un aumento del tasso metabolico se la temperatura ambiente scende al di sotto della temperatura ottimale o della 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%. L'attività fisica leggera porta ad un aumento della generazione di calore del 50-80% e il 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 corporea, agendo sui recettori che percepiscono la stimolazione del freddo, provoca riflessivamente contrazioni muscolari involontarie casuali, manifestate sotto forma di tremore (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.

Oltre ai muscoli, anche il fegato e i reni svolgono un ruolo significativo nella termoregolazione chimica.

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 collegamento è il centro di termoregolazione. Il terzo anello sono gli effettori, che modificano i processi di trasferimento del calore, mantenendo la temperatura corporea a un livello costante. Il corpo, ad eccezione delle ghiandole sudoripare, non possiede 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 rischia di surriscaldarsi, sia durante il raffreddamento.

La termoregolazione fisica viene effettuata mediante cambiamenti nel trasferimento di calore da parte del corpo. Diventa particolarmente importante mantenere una temperatura corporea costante mentre il corpo si trova in condizioni di temperatura ambiente elevata.

Il trasferimento di calore avviene mediante irraggiamento del calore (trasferimento di calore per irraggiamento), convezione, cioè movimento e miscelazione dell'aria riscaldata dal corpo, conduzione del calore, cioè trasferimento di calore da una sostanza a contatto con la superficie del corpo. La natura del trasferimento di calore dal corpo cambia 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 gran parte il trasferimento di calore a causa della bassa conduttività termica del grasso.

La temperatura cutanea, e quindi l'intensità dell'irraggiamento e della conduzione del calore, può variare in condizioni ambientali fredde o calde a causa della ridistribuzione del sangue nei vasi e quando cambia il volume del sangue circolante.

Con il freddo i vasi sanguigni della pelle, principalmente le arteriole, si restringono; una maggiore quantità di sangue entra nei vasi della cavità addominale e quindi limita il trasferimento di calore. Gli strati superficiali della pelle, ricevendo meno sangue caldo, emettono meno calore, quindi il trasferimento di calore diminuisce. Inoltre, quando la pelle è fortemente raffreddata, si aprono le anastomosi artero-venose, che riducono la quantità di sangue che entra nei capillari e quindi impediscono 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 - aiuta a preservare il calore negli organi interni, la temperatura di cui viene mantenuto a un livello costante.

Quando la temperatura ambiente aumenta, i vasi sanguigni della pelle si dilatano e la quantità di sangue che circola al loro interno aumenta. 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 ulteriori quantità di sangue nel flusso sanguigno generale. L’aumento della quantità di sangue che circola attraverso i vasi della superficie corporea favorisce il trasferimento di calore attraverso l’irraggiamento e la convezione. Per mantenere una temperatura corporea costante a temperature ambiente elevate, è importante anche la sudorazione, che avviene a causa del trasferimento di calore durante l'evaporazione dell'acqua.

Le reazioni regolatrici che garantiscono il mantenimento di una temperatura corporea costante sono atti riflessi complessi che si verificano in risposta alla stimolazione della temperatura 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. Tra quelli superficiali sono particolarmente importanti i termorecettori della pelle e tra quelli interni i termorecettori dell'ipotalamo.

Il meccanismo centrale del sistema di termoregolazione è costituito da una serie di sezioni del sistema nervoso centrale, a partire dal midollo spinale fino alla corteccia cerebrale inclusa. Il suo dipartimento principale si trova nell'ipotalamo ed è diviso in un centro di produzione del calore e un centro di trasferimento del calore. Gli impulsi provenienti dall'ipotalamo entrano lungo percorsi discendenti verso i 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 autonomi e somatici, l'informazione va agli effettori della termoregolazione: muscoli, ghiandole sudoripare, centri del sistema respiratorio e cardiovascolare, modificando le loro funzioni nell'interesse di preservare o restituire il corpo. Grazie alle connessioni tra le strutture dell'ipotalamo e dell'ipofisi, le strutture centrali di termoregolazione attraverso le ghiandole endocrine attraverso la via neuroumorale possono influenzare il tasso metabolico nelle cellule, aumentando la produzione di calore. Questi sono, ovviamente, meccanismi riflessi per la regolazione della temperatura corporea. Le strette connessioni tra i centri ipotalamici e la corteccia cerebrale assicurano una regolazione riflessa condizionata dei processi di termoregolazione, sottili cambiamenti adattativi nell'attività di tutti gli organi coinvolti nella termoregolazione in risposta a vari cambiamenti nell'ambiente esterno.

L'unico effettore intrinseco, colui che esegue la 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 l'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. I cambiamenti nella frequenza e nella profondità dei movimenti respiratori - la mancanza di respiro termico, che si verifica quando il corpo è esposto ad alte temperature - sono 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 trasferito all'ambiente dalla superficie del corpo: pelle, grasso 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 scorre sulla 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 il trasferimento di calore per irraggiamento e convezione diminuisce. In condizioni che richiedono un maggiore trasferimento di calore, la vasodilatazione porta ad un aumento del flusso di sangue “caldo” verso la superficie del corpo e aumenta il trasferimento di calore. Allo stesso tempo, in queste condizioni, aumenta anche la sudorazione.



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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Meccanismi di trasferimento del calore dal corpo in condizioni di freddo e caldo">

Meccanismi di trasferimento del calore dal corpo in condizioni fredde e calde: a) ridistribuzione del sangue tra i vasi degli organi interni e i vasi della superficie cutanea; b) ridistribuzione del sangue nei vasi della pelle.

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 collegamento è il centro di termoregolazione. Il terzo anello sono gli effettori, che modificano i processi di trasferimento del calore, mantenendo la temperatura corporea a un livello costante. Il corpo, ad eccezione delle ghiandole sudoripare, non possiede effettori propri del meccanismo riflesso della termoregolazione fisica.

L'importanza 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 rischia di surriscaldarsi, sia durante il raffreddamento.

La termoregolazione fisica viene effettuata mediante cambiamenti nel trasferimento di calore da parte del corpo. Diventa particolarmente importante mantenere una temperatura corporea costante mentre il corpo si trova in condizioni di temperatura ambiente elevata.

Il trasferimento di calore avviene mediante irraggiamento del calore (trasferimento di calore per irraggiamento), convezione, cioè movimento e miscelazione dell'aria riscaldata dal corpo, conduzione del calore, cioè trasferimento di calore da una sostanza a contatto con la superficie del corpo. La natura del trasferimento di calore dal corpo cambia 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 gran parte il trasferimento di calore a causa della bassa conduttività termica del grasso.

Regolazione della temperatura

La temperatura cutanea, e quindi l'intensità dell'irraggiamento e della conduzione del calore, può variare in condizioni ambientali fredde o calde a causa della ridistribuzione del sangue nei vasi e quando cambia il volume del sangue circolante.

Con il freddo i vasi sanguigni della pelle, principalmente le arteriole, si restringono; una maggiore quantità di sangue entra nei vasi della cavità addominale e quindi limita il trasferimento di calore. Gli strati superficiali della pelle, ricevendo meno sangue caldo, emettono meno calore, quindi il trasferimento di calore diminuisce. Inoltre, quando la pelle è fortemente raffreddata, si aprono le anastomosi artero-venose, che riducono la quantità di sangue che entra nei capillari e quindi impediscono 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 - aiuta a preservare il calore negli organi interni, la temperatura di cui viene mantenuto a un livello costante.

Quando la temperatura ambiente aumenta, i vasi sanguigni della pelle si dilatano e la quantità di sangue che circola al loro interno aumenta. 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 ulteriori quantità di sangue nel flusso sanguigno generale. L’aumento della quantità di sangue che circola attraverso i vasi della superficie corporea favorisce il trasferimento di calore attraverso l’irraggiamento e la convezione. Per mantenere una temperatura corporea costante a temperature ambiente elevate, è importante anche la sudorazione, che avviene a causa del trasferimento di calore durante l'evaporazione dell'acqua.

Se la temperatura corporea supera la temperatura dell'ambiente, il corpo cederà calore all'ambiente. Il calore viene rilasciato nell'ambiente per irraggiamento, conduzione termica, convezione ed evaporazione.

Un aumento della temperatura ambientale al di sopra della temperatura corporea porta ad un aumento della temperatura corporea dovuto all'irraggiamento e alla conduzione. In queste condizioni, il rilascio del calore in eccesso e il raffreddamento avvengono solo mediante evaporazione. Il movimento dell'aria vicino alla pelle aumenta il tasso di evaporazione e quindi aumenta l'efficienza della perdita di calore (effetto di raffreddamento di una ventola).

Termoregolazione fisica (scambio di calore.) Se la temperatura corporea supera la temperatura dell'ambiente, il corpo cederà calore all'ambiente. Il calore viene rilasciato nell'ambiente radiazione, conduzione del calore, convezione ed evaporazione.

Radiazione. Una persona nuda a temperatura ambiente perde circa 60% dal calore sprigionato dalla radiazione di onde infrarosse di lunghezza pari a 760 nm.

Convezione (15% calore ceduto) - perdita di calore attraverso il trasferimento di particelle in movimento di aria o acqua. La quantità di calore perso per convezione aumenta con l'aumentare della velocità dell'aria (ventilatore, vento). Nell'acqua, la quantità di calore trasferita per conduzione e convezione è molte volte maggiore che nell'aria.

Effettuare- scambio termico per contatto ( 3% calore ceduto) quando la superficie del corpo entra in contatto con eventuali corpi fisici (sedia, pavimento, cuscino, indumenti, ecc.).

Radiazione, convezione e conduzione si verificano quando la temperatura corporea è superiore alla temperatura ambiente . Se la temperatura della superficie corporea è uguale o inferiore alla temperatura ambiente, questi metodi per perdere calore dal corpo diventano inefficaci. Ad esempio, in condizioni normali, la conduzione del calore gioca un ruolo piccolo, perché l'aria e gli indumenti non conducono bene il calore.

Evaporazione- un meccanismo necessario per il rilascio di calore alle alte temperature. L'evaporazione dell'acqua dalla superficie del corpo porta alla perdita 2,43 kJ (0,58 kcal) calore per ogni grammo di acqua evaporata.

Intangibile evaporazione - è il risultato della continua diffusione delle molecole d'acqua attraverso la pelle e le superfici respiratorie, non è controllata dal sistema di regolazione della temperatura. Anche senza sudorazione visibile, l'acqua evapora dalla superficie della pelle e dai polmoni in un arco di tempo compreso tra 700 – 850 ml di acqua in un giorno(300 – 350 ml – dalla superficie dei polmoni, 400 – 500 ml – dalla superficie della pelle) , causando la perdita di calore dell'ordine 12–16 kcal/ora.

L'intensità del processo dipende da umidità relativa : In aria satura di vapore acqueo non avviene evaporazione. Pertanto, nello stabilimento balneare, il sudore viene rilasciato in grandi quantità, ma non evapora e scorre via dalla superficie della pelle - sudorazione inefficace .

Durante il lavoro fisico pesante a temperature ambiente elevate, può arrivare la sudorazione 10–12 l/giorno. Dopo un intenso esercizio muscolare, viene rilasciato per evaporazione. 75% calore, radiazione - 12%, convezione 13% (per confronto: in riposo alle 20 0 CON – la quota di radiazione è del 66%, evaporazione - 19%, convezione - 15%).

Insieme al sudore si perde una grande quantità di sali (principalmente cloruro di sodio) e vitamina C. A questo proposito, i tassi di consumo di queste sostanze dovrebbero essere notevolmente aumentati nella dieta delle persone che lavorano nei negozi caldi e nei climi caldi.

Partecipare al trasferimento di calore pelle, mucose, polmoni, sistema cardiovascolare ed escretore .

Un ruolo particolarmente importante nei processi di trasferimento del calore è svolto dalle condizioni dei vasi cutanei, nonché dalla frequenza delle contrazioni cardiache e della respirazione.

Il sistema cardiovascolare influenza l'intensità del trasferimento di calore a causa della ridistribuzione del sangue nei vasi e dei cambiamenti nel volume del sangue circolante.

Nel freddo vasi sanguigni della pelle, principalmente arteriole, stretti; si aprono le anastomosi artero-venose. Ciò riduce la quantità di sangue nei capillari. Di conseguenza, l'isolamento termico del corpo aumenta e il calore viene trattenuto limitando il trasferimento di calore. A causa della ridistribuzione del sangue, aumenta la velocità volumetrica del flusso sanguigno negli organi interni - questo aiuta a trattenere il calore in essi - reazione di conservazione del calore .

Quando la temperatura ambiente aumenta:

1) i vasi cutanei si dilatano, aumenta la quantità di sangue circolante in essi;

2) il volume del sangue circolante aumenta a causa del trasferimento di acqua dai tessuti ai vasi e del rilascio di sangue dalla milza e da altri depositi di sangue. Di conseguenza aumenta il trasferimento di calore per irraggiamento e convezione.

Sistema respiratorio – un risultato simile si verifica quando la respirazione aumenta a causa dell’eliminazione di più aria riscaldata dal corpo. È particolarmente importante negli animali che non sudano ( o privi di ghiandole sudoripare o con peli folti che rendono difficile la sudorazione)– cani, gatti, ecc. Quando la temperatura ambiente aumenta, si sviluppano dispnea termica – respirazione molto rapida, ma estremamente superficiale. Aumenta l'evaporazione dell'acqua dalla mucosa orale e dalle vie respiratorie superiori.

Il trasferimento di calore è impedito :

1) strato di grasso sottocutaneo – a causa della bassa conduttività termica del grasso;

2) stoffa – dovuto al fatto che tra esso e la pelle è presente uno strato di aria ferma, che è un cattivo conduttore di calore (la sua temperatura raggiunge i 30 0 C). Più la sua struttura è a maglia fine, migliori sono le proprietà di isolamento termico degli indumenti: lana e pelliccia. L'abbigliamento impermeabile all'aria (gomma) è scarsamente tollerato: lo strato d'aria tra esso e il corpo si satura rapidamente di vapore acqueo e l'evaporazione si arresta.

3) cambiamento nella posizione del corpo : quando fa freddo gli animali “si raggomitolano” riducendo la superficie di scambio termico; quando fa caldo, invece, assumono una posizione in cui aumenta;

4) reazione dei muscoli cutanei - per l'uomo ha un significato rudimentale (“pelle d'oca”), negli animali cambia la cellularità del mantello, con conseguente miglioramento del ruolo termoisolante della lana.

La costanza della temperatura corporea è assicurata dall'azione congiunta di meccanismi che regolano, da un lato, l'intensità del metabolismo e la generazione di calore che da esso dipende (termoregolazione chimica), e dall'altro il trasferimento di calore (termoregolazione fisica).

Così, risultato adattivo utile l'attività del sistema funzionale in esame è la costanza non della temperatura cutanea (temperatura “guscio”), ma temperatura degli organi interni (temperatura “nucleo”)

SISTEMA FUNZIONALE CHE GARANTISCE UNA TEMPERATURA CORPOREA COSTANTE

1 collegamento - risultato adattivo benefico – mantenimento della temperatura corporea a un livello costante.

2° collegamento - recettori . La termoricezione viene effettuata dalle terminazioni libere di sottili fibre sensoriali di tipo A (delta) e C.

( La regolazione della costanza della temperatura è un atto riflesso complesso che si verifica a seguito dell'irritazione dei recettori cutanei, della pelle e dei vasi sottocutanei, nonché del sistema nervoso centrale.)

3° anello del sistema funzionale – centro nevralgico

4° anello del sistema funzionale – organi esecutivi. La temperatura corporea è determinata dal rapporto di intensità:

1) generazione di calore

2) trasferimento di calore

MECCANISMI di termoregolazione

I meccanismi nervosi della termoregolazione si basano su archi riflessi, che includono formazioni di recettori (recettori del caldo e del freddo). Attraverso le fibre nervose afferenti, gli impulsi provenienti dall'apparato recettore raggiungono numerosi centri principali di regolazione autonomica, principalmente le strutture dell'ipotalamo. La parte efferente dell'arco riflesso sono fibre nervose simpatiche e parasimpatiche che innervano gli organi interni, nonché i vasi sanguigni. Gli impulsi efferenti vengono trasmessi anche lungo le fibre somatiche motorie che regolano l'attività dei muscoli scheletrici.

Localizzazione e proprietà dei termorecettori.

Periferica sono localizzati i termorecettori nella pelle, nei tessuti sottocutanei, nei vasi cutanei e sottocutanei. I termorecettori cutanei sono terminazioni nervose non incapsulate. .

Termorecettori centrali situato nell'area preottica mediale dell'ipotalamo (neuroni termosensori centrali), formazione reticolare del mesencefalo, midollo spinale.)

I recettori del caldo e del freddo nel sistema nervoso centrale rispondono ai cambiamenti nella temperatura del sangue che scorre ai centri nervosi. Un aumento della generazione di calore è stato osservato quando l'arteria carotide, che porta il sangue al cervello, si raffredda.

Prove per termorecettori centrali :

1 ) immersione degli arti posteriori denervati i cani in acqua fredda provocano tremori ai muscoli della testa, degli arti anteriori, del busto e un aumento della produzione di calore. Ciò è dovuto al fatto che il sangue “freddo” irrita i termorecettori centrali;

2)raffreddando l'arteria carotide, che porta il sangue al cervello , si sviluppano tremori e vasocostrizione della pelle, che portano rispettivamente ad un aumento della generazione di calore e ad un limitato trasferimento di calore.

Termorecettori sono stati rinvenuti nel tratto respiratorio, nel midollo allungato e nella corteccia motoria.

Pertanto, il corpo umano dispone di un doppio sistema per controllare la temperatura corporea: viene rilevata l'influenza dell'ambiente esterno (caldo o freddo). formazioni di recettori cutanei , viene registrata la temperatura dell'ambiente interno termocettori degli organi interni e delle strutture del sistema nervoso centrale.

Mobilità funzionale dei termorecettori. La proprietà dei termorecettori cutanei di modificare la loro sensibilità agli influssi della temperatura a seconda dei cambiamenti nelle condizioni generali del corpo riflette la proprietà universale dei recettori scoperti da P.G. Snyakin e ha ricevuto il nome "mobilità funzionale dei recettori".

Inoltre, i termocettori sono divisi per il caldo e il freddo .

X recettori degli odori situato nello spessore della pelle, in profondità circa 0,17 mm, recettori termici - a una profondità di 0,3 mm . Il numero totale di punti sulla superficie della pelle che percepiscono il freddo supera significativamente il numero di punti che percepiscono il calore. I recettori del freddo e del calore sono distribuiti in modo non uniforme sulla superficie della pelle. Esistono zone individuali di localizzazione preferenziale dei termorecettori del caldo e del freddo.

Tra i termorecettori periferici prevalgono quelli Freddo , tra quelli centrali - termico . Alla temperatura ambiente ottimale per l'uomo, i termorecettori generano scariche a frequenza stazionaria. Con una diminuzione della temperatura ambiente, aumenta la frequenza degli impulsi e dei recettori del freddo e diminuisce la frequenza dei recettori termici. Al contrario, all'aumentare della temperatura ambiente, aumenta la frequenza degli impulsi dei recettori termici e diminuisce la frequenza dei recettori del freddo.

La frequenza degli impulsi dei recettori del freddo cutaneo è massima a una temperatura di 20-30 0 C, e per i recettori termici la temperatura è 38-43 0 CON . Sentire caldo - bruciando– avviene a temperature superiori a 45 0 C e viene percepito da altri recettori – caldo O recettori ardenti (circa appartengono ai nocicettori multimodali e costituiscono un collegamento intermedio tra termorecettori e nocicettori).

Il ruolo dei centri nervosi.

Il mantenimento della temperatura corporea a un livello ottimale per il metabolismo viene effettuato grazie all'influenza regolatrice del sistema nervoso centrale. Per la prima volta è stata scoperta la presenza nel cervello di un centro capace di modificare la temperatura corporea negli anni '80 XIX V. K. Bernardo . La sua esperienza, chiamata “iniezione di calore”, consisteva nel seguente: un elettrodo veniva inserito nella regione del diencefalo attraverso un foro di bava, provocando l'irritazione di questa zona. 2-3 ore dopo l’introduzione dell’elettrodo si è verificato un aumento persistente della temperatura corporea dell’animale. In ulteriori studi si è scoperto che l'ipotalamo svolge il ruolo più importante nei processi di termoregolazione.

Secondo concetti moderni, viene effettuata la termoregolazione sistema distribuito , la cui parte principale è meccanismo di termoregolazione ipotalamica

È stato stabilito sperimentalmente che i principali (principali) centri di termoregolazione si trovano nell'ipotalamo (a causa loro vengono percepiti cambiamenti nell'ambiente circostante e interno). Quando distrutto ipotalamo: si perde la capacità di regolare la temperatura corporea e l'animale diventa poichilotermico.. Gli impulsi che nascono nei termorecettori degli organi interni e della superficie della pelle sono indirizzati anche ai neuroni della regione ipotalamica. Le informazioni sensoriali provenienti dai termorecettori viaggiano lungo le fibre nervose A-delta e attraverso le vie lemniscali fino ai neuroni del talamo, quindi all'ipotalamo e alla regione sensomotoria della corteccia cerebrale.

È noto che la regolamentazione del processo generazione di calore(termoregolazione chimica) viene effettuata per attività nuclei dell'ipotalamo posteriore; processi termoregolazione fisica(trasferimento di calore) sono dovuti nuclei dell'ipotalamo anteriore. Pertanto, ci sono due centri regolatori nell'ipotalamo: centro di generazione del calore E centro di trasferimento del calore .

Centri di trasferimento di calore (nuclei anteriori dell'ipotalamo) - la distruzione di queste strutture porta al fatto che gli animali perdono la capacità di mantenere una temperatura corporea costante in condizioni di elevata temperatura ambiente. Allo stesso tempo, la loro temperatura corporea inizia ad aumentare, gli animali entrano in uno stato l'ipertermia e l'ipertermia possono svilupparsi anche a temperatura ambiente. Irritazione di queste strutture attraverso elettrodi impiantati la scossa elettrica provoca una sindrome caratteristica negli animali: mancanza di respiro, dilatazione dei vasi cutanei superficiali, calo della temperatura corporea. I tremori muscolari causati dal preraffreddamento si fermano.

Centri di generazione del calore (ipotalamo dorsale laterale) - la loro distruzione porta al fatto che gli animali perdono la capacità di mantenere una temperatura corporea costante in condizioni di bassa temperatura ambiente. In queste condizioni la loro temperatura corporea inizia a scendere e gli animali entrano in uno stato di ipotermia. La stimolazione elettrica dei corrispondenti centri dell'ipotalamo provoca negli animali la seguente sindrome: 1) restringimento dei vasi cutanei superficiali;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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