Termoregolazione degli organismi viventi mediante radiazione termica. Il meccanismo di termoregolazione del corpo umano

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

Importanza della termoregolazione fisica

Regolazione della temperatura

Termoregolazione fisica effettuata modificando l'intensità del trasferimento di calore dal corpo.

Mantenere una temperatura corporea costante con l'aumento della temperatura ambientale ricopre un ruolo particolarmente importante termoregolazione fisica. Se la temperatura ambiente si avvicina o diventa uguale alla temperatura corporea, il metabolismo diminuisce, ma ciò non può impedire il surriscaldamento del corpo, poiché nel corpo si verifica ancora una significativa generazione di calore. In questi casi, la termoregolazione fisica, effettuata migliorando lo scambio termico, è di primaria importanza per il mantenimento dell’isoterma. Il calore generato nel corpo viene rilasciato principalmente per irraggiamento (trasmissione di calore radiativa) e conduzione di calore (trasmissione di calore per convezione). cioè attraverso il suo rilascio diretto dalla pelle all'aria e agli oggetti con cui la pelle viene a contatto. La conduzione del calore e l'irraggiamento del calore insieme a riposo costituiscono circa il 70% del trasferimento di calore totale di un adulto (irradiazione del calore - 55%, conduzione del calore - circa 15%).

In condizioni normali, in assenza di lavoro attivo, circa il 27% del calore viene ceduto dal corpo attraverso l'evaporazione dell'acqua dalla superficie della pelle e dei polmoni. Se consideriamo che le ghiandole sudoripare secernono circa 500 ml al giorno e i polmoni - circa 350 ml di acqua e che l'evaporazione di 1 ml di acqua richiede 0,58 kcal, per l'evaporazione dell'acqua vengono spese circa 500 kcal dal corpo. Il 3% del calore emesso dal corpo viene utilizzato per riscaldare l'aria espirata e le feci e l'urina escrete.

L'abbigliamento serve come mezzo per ridurre il trasferimento di calore. In questo caso 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. La temperatura dell'aria sotto i vestiti raggiunge i 30°. Al contrario, un corpo nudo perde calore perché l'aria sulla sua superficie cambia continuamente. Pertanto, la temperatura della pelle sulle parti nude del corpo è molto più bassa che su quelle vestite.

Lo strato di tessuto adiposo sottocutaneo impedisce in larga misura il trasferimento di calore a causa della bassa conduttività termica del grasso.

L'irradiazione e la conduzione del calore non possono essere considerate insieme, poiché cambiano sempre in parallelo e dipendono dallo stesso fattore: la differenza di temperatura tra la pelle e l'ambiente. La temperatura della pelle, quindi, e l'intensità dell'irraggiamento e della conduzione del calore, possono cambiare, in primo luogo, con la ridistribuzione del sangue nei vasi, e in secondo luogo, con una variazione della quantità di sangue circolante.

La ridistribuzione del sangue e delle diverse aree vascolari avviene come segue: con il freddo, i vasi sanguigni della pelle, principalmente le arteriole, si restringono e più sangue entra nei vasi degli organi addominali. Gli strati superficiali della pelle, ricevendo meno sangue caldo, irradiano meno calore e riscaldano meno l'ambiente: il trasferimento di calore diminuisce. Con un forte raffreddamento delle estremità, inoltre, si verifica l'apertura delle anastomosi artero-venose, che riduce la quantità di sangue che entra nei capillari della pelle e quindi impedisce il trasferimento di calore.

A una temperatura ambiente elevata, i vasi cutanei si dilatano, il sangue caldo scorre verso la pelle, la sua temperatura aumenta e quindi aumentano sia la radiazione che la conduzione del calore.

Un aumento della quantità di sangue circolante ad una temperatura ambiente elevata si ottiene attraverso il trasferimento di acqua dai tessuti al sangue e anche grazie al fatto che la milza e altri depositi di sangue immettono ulteriori quantità di sangue nella circolazione generale. Al freddo, a causa di processi opposti, la quantità di sangue circolante diminuisce notevolmente. Con l'aumento della quantità di sangue circolante, ovviamente, aumenta anche la quantità di sangue che passa attraverso la pelle, il che aumenta il trasferimento di calore dalla pelle all'ambiente.

L'evaporazione dalla superficie della pelle è molto importante per mantenere una temperatura corporea costante a temperature ambiente elevate. In questo modo, il corpo emette grandissime quantità di calore alle alte temperature.

L'importanza della traspirazione per il mantenimento di una temperatura costante risulta chiaramente dal seguente calcolo: ai tropici la temperatura dell'aria ambiente raggiunge spesso i 37°, cioè pari alla temperatura corporea del ka. Ciò significa che il corpo di una persona che vive in queste condizioni non può cedere il calore in esso generato mediante irraggiamento e conduzione del calore. L'unico modo per rilasciare calore è l'evaporazione dell'acqua. Considerando che la generazione media di calore al giorno è di 2400 kcal e sapendo che l'evaporazione di 1 g di acqua dalla superficie del corpo consuma kcal, troviamo che per mantenere la temperatura del corpo umano a un livello costante in queste condizioni , è necessario far evaporare 4,5 litri di acqua a temperatura ambiente elevata in condizioni di lavoro muscolare, quando aumenta la generazione di calore nel corpo stesso. Con un lavoro molto duro, il rilascio di sudore dai lavoratori nei negozi caldi può arrivare fino a 12 litri al giorno.

L'evaporazione dell'acqua dipende dall'umidità relativa dell'aria e non può avvenire in aria satura di vapore acqueo. Pertanto, le alte temperature con elevata umidità atmosferica sono più difficili da tollerare rispetto a basse umidità. Nell'aria satura di vapore acqueo, ad esempio nel bagno, il sudore viene rilasciato in grandi quantità, ma non evapora e drena dalla pelle. Tale traspirazione non contribuisce al rilascio di calore; solo la parte del sudore che evapora dalla superficie della pelle è importante per la trasmissione del calore (questa parte del sudore è la "traspirazione effettiva").

Anche gli indumenti impermeabili all'aria (pelle, gomma), che impediscono l'evaporazione del sudore, sono scarsamente tollerati: lo strato d'aria tra gli indumenti e il corpo si satura rapidamente di vapore e l'ulteriore evaporazione del sudore si arresta.

L'importanza dell'evaporazione del sudore dalla superficie del corpo per mantenere una temperatura corporea costante è evidente dal fatto che una persona non tollera nemmeno una temperatura ambiente relativamente bassa (32°) se l'aria è umida. Nell'aria completamente secca, una persona può rimanere senza surriscaldamento evidente per 2-3 ore ad una temperatura di 50-55 °.

Parte dell'acqua viene evaporata dai polmoni sotto forma di vapori che saturano l'aria espirata. Pertanto, anche la respirazione è coinvolta nel mantenere la temperatura corporea a un livello costante. Al freddo il centro respiratorio viene inibito di riflesso, la respirazione diventa meno frequente, al contrario, a temperatura ambiente elevata il centro respiratorio viene eccitato.

Da tutto quanto sopra risulta che la regolazione della temperatura corporea avviene attraverso l'azione congiunta, da un lato, di meccanismi. che regolano l'intensità del metabolismo e la generazione di calore da esso dipendente (regolazione chimica del calore), e dall'altro i meccanismi che regolano l'afflusso di sangue alla pelle, la sudorazione e la respirazione (regolazione fisica del calore).

Scambio di calore

Il calore può spostarsi solo da una regione a temperatura più alta a una regione a temperatura più bassa. Pertanto, il flusso di energia termica da un organismo vivente all'ambiente non si ferma finché la temperatura corporea è superiore alla temperatura dell'ambiente.

La temperatura corporea è determinata dal rapporto tra la velocità di produzione di calore metabolico delle strutture cellulari e la velocità di dissipazione dell'energia termica generata nell'ambiente. Pertanto, lo scambio di calore tra l'organismo e l'ambiente è una condizione essenziale per l'esistenza degli organismi a sangue caldo. La violazione del rapporto tra questi processi porta a un cambiamento nella temperatura corporea.

La vita può svolgersi entro un intervallo ristretto di temperature.

La possibilità del flusso dei processi vitali è limitata da uno ristretto intervallo di temperature dell'ambiente interno, in cui possono verificarsi le principali reazioni enzimatiche. Per una persona, una diminuzione della temperatura corporea al di sotto dei 25 ° C e il suo aumento al di sopra dei 43 ° C sono solitamente fatali. Le cellule nervose sono particolarmente sensibili ai cambiamenti di temperatura.

Nucleo e guscio esterno del corpo

Dal punto di vista della termoregolazione, il corpo umano può essere rappresentato come costituito da due componenti: il guscio esterno e il nucleo interno. Il nucleo è una parte del corpo che ha una temperatura costante, mentre il guscio è la parte del corpo che ha un gradiente di temperatura. Lo scambio termico tra il nucleo e l'ambiente avviene attraverso il guscio.

termoregolazione

La termoregolazione è un insieme di processi fisiologici volti a mantenere la relativa costanza della temperatura interna in condizioni di variazione della temperatura ambientale regolando la produzione e il trasferimento di calore. La termoregolazione ha lo scopo di prevenire violazioni dell'equilibrio termico del corpo o di ripristinarlo, se tali violazioni si sono già verificate, e viene effettuata per via neuro-umorale.

Tipi di termoregolazione

La termoregolazione può essere divisa in due tipologie principali:

Termoregolazione chimica e fisica. A loro volta, sono anche divisi in diversi tipi:

Termoregolazione chimica
termogenesi contrattile
- termogenesi senza brividi
Termoregolazione fisica

Radiazione
-Conduzione del calore (conduzione)
-Convezione
-Evaporazione

Considera questi tipi di termoregolazione in modo più dettagliato.

Termoregolazione chimica

Regolazione del volume di produzione di calore

Termoregolazione chimica della generazione di calore - viene effettuata modificando il livello del metabolismo, che porta a un cambiamento nella formazione di calore nel corpo. La fonte di calore nel corpo sono le reazioni di ossidazione esotermica di proteine, grassi, carboidrati e l'idrolisi dell'ATP.

Durante la scomposizione dei nutrienti, parte dell'energia rilasciata viene accumulata in ATP, parte viene dissipata sotto forma di calore (il calore primario rappresenta il 65-70% dell'energia). Quando si utilizzano legami ad alta energia di molecole di ATP, parte dell'energia viene utilizzata per svolgere lavoro utile e parte viene dissipata (calore secondario). Pertanto, due flussi di calore, primario e secondario, costituiscono la produzione di calore.

Se è necessario aumentare la produzione di calore, oltre alla possibilità di ottenere calore dall'esterno, nell'organismo vengono utilizzati meccanismi che aumentano la produzione di energia termica.

Questi meccanismi includono la termogenesi contrattile e non contrattile.

termogenesi contrattile

Questo tipo di termoregolazione funziona quando abbiamo freddo e abbiamo bisogno di aumentare la temperatura corporea. Questo metodo consiste nella contrazione muscolare.

Con la contrazione muscolare aumenta l'idrolisi dell'ATP, quindi aumenta il flusso di calore secondario, che va a riscaldare il corpo.

L'attività arbitraria dell'apparato muscolare avviene principalmente sotto l'influenza della corteccia cerebrale. In questo caso è possibile un aumento della produzione di calore di un fattore 3–5 rispetto al valore dello scambio principale.

Di solito, con una diminuzione della temperatura ambiente e della temperatura del sangue, la prima reazione è un aumento del tono termoregolatore. (i peli sul corpo "si rizzano", appare la "pelle d'oca"). Dal punto di vista della meccanica della contrazione, questo tono è una microvibrazione e consente di aumentare la produzione di calore del 25–40% rispetto al livello iniziale. Di solito, i muscoli della testa e del collo prendono parte alla creazione del tono.

Con un'ipotermia più significativa, il tono termoregolatore si trasforma in brivido di freddo muscolare. Il brivido da freddo è un'attività ritmica involontaria dei muscoli situati superficialmente, a seguito della quale aumenta la produzione di calore. Si ritiene che la produzione di calore durante i brividi di freddo sia 2,5 volte superiore rispetto all'attività muscolare volontaria.

Il meccanismo descritto funziona a livello riflesso, senza la partecipazione della nostra coscienza. Ma è possibile aumentare la temperatura corporea con l'aiuto di un'attività fisica consapevole.

Quando si esegue attività fisica di diversa potenza, la produzione di calore aumenta di 5-15 volte rispetto al livello di riposo. Durante i primi 15-30 minuti di funzionamento a lungo termine, la temperatura del nucleo aumenta piuttosto rapidamente fino a un livello relativamente stazionario, per poi rimanere a questo livello o continuare a salire lentamente.

Termogenesi senza brividi

Questo tipo di termoregolazione può portare sia ad un aumento che ad una diminuzione della temperatura corporea.

Viene effettuato accelerando o rallentando i processi metabolici catabolici. E questo, a sua volta, porterà ad una diminuzione o ad un aumento della produzione di calore. A causa di questo tipo di termogenesi, la produzione di calore può aumentare di 3 volte.

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

Termoregolazione fisica

La termoregolazione fisica è intesa come un insieme di processi fisiologici che portano a un cambiamento nel livello di trasferimento di calore. Esistono diversi meccanismi di trasferimento del calore nell’ambiente.

Radiazione

Conduzione del calore (conduzione)

Convezione

Evaporazione- il ritorno di energia termica all'ambiente dovuto all'evaporazione del sudore o dell'umidità dalla superficie della pelle e dalle mucose delle vie respiratorie. A causa dell'evaporazione, il corpo a una temperatura confortevole emette circa il 20% di tutto il calore dissipato. L'evaporazione è divisa in 2 tipi.

Sudorazione impercettibile- evaporazione dell'acqua dalle mucose delle vie respiratorie (attraverso il respiro) e acqua che filtra attraverso l'epitelio della pelle ( Evaporazione dalla superficie della pelle. Va anche se la pelle è secca.).

Durante il giorno fino a 400 ml di acqua evaporano attraverso le vie respiratorie, cioè il corpo perde fino a 232 kcal al giorno. Se necessario, questo valore può essere aumentato a causa della mancanza di respiro termico.

In media al giorno filtrano attraverso l'epidermide circa 240 ml di acqua. Pertanto, in questo modo il corpo perde fino a 139 kcal al giorno. Questo valore, di regola, non dipende dai processi di regolamentazione e da vari fattori ambientali.

Sudorazione percepita- trasferimento di calore attraverso evaporazione del sudore. In media, a una temperatura ambientale confortevole, vengono rilasciati 400-500 ml di sudore al giorno, quindi vengono emesse fino a 300 kcal di energia. Tuttavia, se necessario, il volume della sudorazione può aumentare fino a 12　l al giorno, ovvero Sudando si possono perdere fino a 7000 kcal al giorno.

L'efficienza dell'evaporazione dipende in gran parte dall'ambiente: maggiore è la temperatura e minore è l'umidità, maggiore è l'efficienza della traspirazione come meccanismo di trasferimento del calore. Al 100% di umidità l'evaporazione è impossibile.

Gestione della termoregolazione

Ipotalamo

Il sistema di termoregolazione è costituito da una serie di elementi con funzioni correlate. Le informazioni sulla temperatura provengono dai termorecettori e con l'aiuto del sistema nervoso entrano nel cervello.

L’ipotalamo svolge un ruolo importante nella termoregolazione. La distruzione dei suoi centri o l'interruzione delle connessioni nervose porta alla perdita della capacità di regolare la temperatura corporea. L'ipotalamo anteriore contiene neuroni che controllano il trasferimento di calore. Quando i neuroni dell'ipotalamo anteriore vengono distrutti, il corpo non tollera bene le alte temperature, ma l'attività fisiologica viene preservata in condizioni di freddo. I neuroni dell'ipotalamo posteriore controllano i processi di produzione di calore. Quando sono danneggiati, la capacità di aumentare lo scambio energetico è compromessa, quindi il corpo non tollera bene il freddo.

Sistema endocrino

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

La partecipazione della ghiandola tiroidea alla termoregolazione è dovuta al fatto che l'influenza della bassa temperatura porta ad un aumento del rilascio dei suoi ormoni, che accelerano il metabolismo e, di conseguenza, la generazione di calore.

Il ruolo delle ghiandole surrenali è associato al rilascio nel sangue delle catecolamine che, aumentando o diminuendo i processi ossidativi nei tessuti (ad esempio i muscoli), aumentano o diminuiscono la produzione di calore e restringono o aumentano i vasi cutanei, modificando il livello di trasferimento di calore.

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