Механизмы теплообразования и пути теплоотдачи кратко

Обновлено: 05.07.2024

Терморегуляция (теплообмен) — это совокупность физиологических процессов в организме теплокровных животных и человека, обеспечивающих поддержание постоянства температуры тела на определенном уровне с очень небольшими колебаниями.

Температура внутренней среды организма поддерживается на сравнительно постоянном уровне по принципу саморегуляции, согласно которому отклонение температуры от уровня, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность, является стимулом, возвращающим ее к этому уровню. Совокупность структур, обеспечивающих саморегуляцию температуры организма, составляет так называемую функциональную систему терморегуляции (П. К. Анохин).

Постоянство температуры тела обеспечивается двумя противоположно направленными процессами — теплопродукцией и теплоотдачей.

Теплопродукция, т. е. выработка тепла в организме, зависит от интенсивности метаболических процессов, поэтому часто ее называют химической теплорегуляцией. Теплоотдачу поверхностью тела во внешнюю среду называют физической теплорегуляцией.

Отдача тепла организмом осуществляется проведением (конвекцией), излучением (радиацией) и испарением пота.

При высокой температуре окружающей среды отдача тепла Организмом теплокровных животных, кожа которых почти лишена потовых желез (например, собаки), дополнительно осуществляется за счет испарения пота, а также за счет испарения жидкости с поверхности дыхательных путей. Наконец, часть тепла выделяется из организма вместе с мочой и калом .

Если процессы теплопродукции преобладают над процессами теплоотдачи, наступает перегревание организма (см.). Если же, наоборот, процессы теплоотдачи преобладают над процессами теплопродукции, наступает охлаждение (см.).

В терморегуляции принимают участие как гуморальные, так и нервные механизмы.

Температурные колебания окружающего воздуха действуют на специальные рецепторные образования, чувствительные к изменению температуры (терморецепторы). Различают тепловые и холодовые рецепторы . Возбуждение от терморецепторов поступает по специальным проводящим путям в головной мозг и вызывает изменения активности центра терморегуляции, расположенного в области гипоталамуса. Возбуждение различных отделов этого центра приводит к изменению процессов теплопродукции и теплоотдачи. При выключении центра терморегуляции специальными химическими веществами организм утрачивает способность к поддержанию постоянства температуры. Эту особенность в последние годы используют в клинике для искусственного охлаждения организма во время сложных хирургических операций на сердце .

Вторичной теплоты, образующейся при расходовании энергии макроэргических соединений на выполнение определенной работы.

1. Сократительный термогенез

Наибольшее количество тепла образуется в мышцах при их тоническом напряжении и сокращении. Образование тепла, наблюдающееся в мышцах при этих условиях, получило название сократительного термогенеза. Сократительный термогенез является наиболее значимым механизмом дополнительного теплообразования у взрослого человека.

2. Несократительный термогенез

У новорожденных, а также у мелких млекопитающих животных имеется механизм ускоренного теплообразования за счет возрастания общей метаболической активности в других тканях и, прежде всего, в результате высокой скорости окисления жирных кислот бурого жира. Это механизм получил название несократительного термогенеза. Окисление жирных кислот в бурой жировой ткани осуществляется без значимого синтеза макроэргов и, таким образом, с максимально возможным образованием теплоты. Посредством механизмов несократительного термогенеза уровень теплопродукции у человека может быть увеличен примерно в три раза по сравнению с уровнем основного обмена.

Различают следующие механизмы отдачи тепла организмом в окружающую среду: 1. Излучение, 2. Теплопроведение, 3. Конвекцию, 4. Испарение.

1. Теплоотдача путем Излучения

Излучение — это способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человека в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона (а = 5 — 20 мкм). Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду излучением, пропорционально площади поверхности изучения и разности средних значений температур кожи и окружающей среды. Площадь поверхности излучения — это суммарная площадь поверхности тех частей тела, которые соприкасаются с воздухом.

2. Теплоотдача путем Теплопроведения

3. Теплоотдача путем Конвекции

Конвекция — способ теплоотдачи организма, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Для рассеяния тепла конвекцией требуется обтекание поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи. При этом контактирующий с кожей слой воздуха нагревается, снижает свою плотность, поднимается и замещается более холодным и более плотным воздухом. В условиях, когда температура воздуха равна 20°С, а относительная влажность — 40-60%, тело взрослого человека рассеивает в окружающую среду путем теплопроведения и конвекции около 25-30% тепла. Количество отдаваемого конвекцией тепла увеличивается при увеличении скорости движения воздушных потоков (ветер, вентиляция). Теплопроведение и конвекция, также как излучение, становятся неэффективными способами отдачи тепла при выравнивании средних температур поверхности тела и окружающей среды.

4.Теплоотдача путем испарения

Теплоотдача путем испарения — это способ рассеяния организмом тепла в окружающую среду за счет его затраты на испарение пота или влаги с поверхности кожи и влаги со слизистых дыхательных путей. У человека постоянно осуществляется выделение пота потовыми железами кожи, увлажняются слизистые дыхательных путей. При температуре внешней среды около 20°С, испарение влаги составляет около 36 г/ч. Учитывая, что на испарение 1 г воды затрачивается 0,58 ккал тепловой энергии, нетрудно подсчитать, что путем испарения организм взрослого человека отдает в этих условиях в окружающую среду около 20% всего рассеиваемого тепла. Повышение внешней температуры, выполнение физической работы, длительное пребывание в теплоизолирующей одежде усиливают потоотделение, и оно может возрасти до 500-2000 г/ч.

Если внешняя температура превышает среднее значение температуры кожи, то организм не может отдавать во внешнюю среду тепло излучением, конвекцией и теплопроведением. Организм в этих условиях начинает поглощать тепло извне и единственным способом рассеяния тепла становится усиление испарения влаги с поверхности тела. Такое испарение возможно до тех пор, пока влажность воздуха окружающей среды остается меньше 100%. При интенсивном потоотделении, высокой влажности и малой скорости движения воздуха, когда капельки пота, не успевая испариться, сливаются и стекают с поверхности тела, теплоотдача путем испарения становится менее эффективной.

У здорового человека температура тела в течение суток колеблется в очень небольших пределах и не превышает 37 0 С. Такое постоянство температуры обеспечивается путём сложной регуляции теплопродукции (образование тепла) и теплоотдачи.

Образование тепла в организме происходит в результате окислительных процессов в мышцах и внутренних органах. Чем выше интенсивность обменных процессов, тем больше теплопродукция.

Следует помнить, что у человека постоянная температура тела поддерживается путём нейрогуморальной регуляции отдачи тепла кожей и внутренними органами в окружающую среду. Теплоотдача может осуществляться путём теплопроведения, теплоизлучения и испарения. Способность организма изменять уровень теплоотдачи зависит главным образом от богатой сети кожных кровеносных сосудов, которые значительно и быстро могут изменять свой просвет. При недостаточной выработке тепла в организм (или при его охлаждении) рефлекторно происходит сужение сосудов кожи и уменьшается отдача тепла. Кожа становится холодной, сухой, иногда появляется озноб (мышечная дрожь), что способствует некоторому увеличению теплопродукции скелетными мышцами. Наоборот, при избытке тепла (или при перегревании организма) наблюдается рефлекторное расширение кожных сосудов, увеличивается кровоснабжение кожи и соответственно растёт отдача тепла проведением и излучением. Если этих механизмов теплоотдачи недостаточно (например, при большой физической работе), резко

усиливается потоотделение: испаряясь с поверхности тела, пот обеспечивает очень интенсивную потерю тепла организмом.

Таким образом, сложная регуляция процессов теплоотдачи и теплопродукции обеспечивает температурное постоянство внутренней среды организма, оптимальное для нормальной жизнедеятельности органов и тканей. Нарушение механизма теплопродукции в результате действия различных внешних или внутренних причин может привести к снижению или (чаще) повышению температуры тела – лихорадке.

Измеряют температуру тела максимальным медицинским термометром Цельсия, который состоит из стеклянной трубки с капиллярным просветом, на конце которой имеется резервуар, заполненный ртутью. Ртуть, нагреваясь и увеличиваясь в объёме, поднимается по капилляру до определённой отметки на шкале термометра. Термометр показывает максимальную высоту подъёма столбика ртути и поэтому называется максимальным. Однако самостоятельно ртуть не может опуститься в резервуар, так как этому препятствует резкое сужение капилляра в нижней его части. Возвратить ртуть в резервуар можно только встряхиванием, при этом столбик ртути перемещается по капилляру, что контролируется по шкале, находящейся внутри корпуса.

Шкала термометра рассчитана на определение температуры тела с точностью до 0,1 0 С, для чего на ней имеются соответствующие деления. Медицинским термометром можно измерить температуру тела человека от 34 до 42 0 С.

Образование тепла в организме происходит главным образом в ре-зультате химических реакций обмена веществ. При окислении пищевых компонентов и других реакций тканевого метаболизма образуется тепло.

Величина теплообразования находится в тесной связи с уровнем метабо-лической активности организма. Поэтому теплопродукцию называют так-же химической терморегуляцией. Химическая терморегуляция имеет особо важное значение для поддержания постоянства температуры тела в усло-виях охлаждения. При понижении температуры окружающей среды про-исходит увеличение интенсивности обмена веществ и, следовательно, теп-лообразования. У человека усиление теплообразования отмечается в том случае, когда температура окружающей среды становится ниже оптималь-ной температуры (или зоны комфорта). В обычной легкой одежде эта зона находится в пределах 18 – 20°, а для обнаженного человека – 28°С.

Суммарное теплообразование в организме происходит в ходе хими-ческих реакций обмена веществ (окисление, гликолиз), что составляет так называемое первичное тепло и при расходовании энергии макроэргиче-ских соединений (АТФ) на выполнение работы (вторичное тепло). В виде первичного тепла в тканях рассеивается 60 – 70 % энергии. Остальные 30 – 40 % после расщепления АТФ обеспечивают работу мышц, различные процессы синтеза, секреции и др. Но и при этом та или иная часть энергии переходит затем в тепло. Таким образом, и вторичное тепло образуется вследствие экзотермических химических реакций, а при сокращении мы-шечных волокон – в результате их трения. В конечном итоге переходит в тепло или вся энергия, или подавляющая ее часть.

Наиболее интенсивное теплообразование в организме происходит в мышцах при их сокращении. Относительно небольшая двигательная ак-тивность ведет к увеличению теплообразования в 2 раза, а тяжелая работа – в 4 – 5 раз и более. Однако в этих условиях существенно возрастают по-тери тепла с поверхности тела.

При продолжительном охлаждении организма возникают непроиз-вольные периодические сокращения скелетной мускулатуры (холодовая дрожь). При этом почти вся метаболическая энергия в мышце освобожда-ется в виде тепла. Активация в условиях холода симпатической нервной системы стимулирует липолиз в жировой ткани. В кровоток выделяются и в последующем окисляются с образованием большого количества тепла свободные жирные кислоты. Наконец, повышение теплопродукции связа-но с усилением функций надпочечников и щитовидной железы. Гормоны этих желез, усиливая обмен веществ, вызывает повышенное теплообразо-вание. Следует также иметь в виду, что все физиологические механизмы, которые регулируют окислительные процессы, влияют в то же время и на уровень теплообразования.

Механизмы теплоотдачи

Отдача тепла организмом осуществляется путем излучения,прове-дения и испарения.

Излучением путем лучеиспускания за счет инфракрасной части спектра теряется примерно 50 – 55 % тепла в окружающую среду . Количе-ство тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду с излучением, пропорционально площади поверхности частей тела, которые соприкаса-ются с воздухом, и разности средних значений температур кожи и окру-жающей среды. Отдача тепла излучением прекращается, если выравнива-ется температура поверхности кожи и окружающей среды.

Теплопроведение может происходить путем кондукции и конвек-ции.Кондукцией тепло теряется при непосредственном контакте участков тела человека с другими физическими средами. При этом количество те-ряемого тепла пропорционально разнице средних температур контакти-рующих поверхностей и времени теплового контакта. Конвекция – способ теплоотдачи организма, осуществляемый путем переноса тепла движущи-мися частицами воздуха. Конвекцией тепло рассеивается при обтекании поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем тем-пература кожи. Движение воздушных потоков (ветер, вентиляция) увели-чивают количество отдаваемого тепла. Путем теплопроведения организм теряет 15 – 20 % тепла, при этом конвекция представляет более мощный механизм теплоотдачи, чем кондукция.

Теплоотдача путем испарения – это способ рассеивания организ-мом тепла (около 30 %) в окружающую среду за счет его затраты на испа-рение пота или влаги с поверхности кожи и слизистых дыхательных путей. При температуре внешней среды 20° испарение влаги у человека составля-ет 600 – 800 г в сутки. При переходе в воздух 1 г воды организм теряет 0,58 ккал тепла. Если внешняя температура превышает среднее значение температуры кожи, то организм не отдает во внешнюю среду тепло излуче-нием и проведением, а наоборот, поглощает тепло извне. Испарение жидко-сти с поверхности тела происходит при влажности воздуха менее 100 %.

Регуляция теплообмена

Свертывание крови.

Жидкое состояние крови и замкнутость кровеносного русла являются необходимыми условиями жизнедеятельности организма. Эти условия создает система свертывания крови (система гемокоагуляции), сохраняющая циркулирующую кровь в жидком состоянии и предотвращающая ее потерю через поврежденные сосуды посредством образования кровяных тромбов; остановка кровотечения называется гемостазом.

Вместе с тем, при больших кровопотерях, некоторых отравлениях и заболеваниях возникает необходимость в переливании крови, которое должно осуществляться при строгом соблюдении ее совместимости.

Основоположником современной ферментативной теории свертывания крови является профессор Дерптского (Тартуского) университета А. А. Шмидт (1872). В дальнейшем эта теория была значительно дополнена и в настоящее время считают, что свертывание крови проходит 3 фазы:

■ образование протромбиназы;

■ образование тромбина; - образование фибрина.

Образование протромбиназыосуществляется под влиянием тром-бопластина (тромбокиназы), представляющего собой фосфолипиды разрушающихся тромбоцитов, клеток тканей и сосудов. Тромбопластин формируется при участии ионов Са 2+ и некоторых плазменных факторов свертывания крови.

Вторая фазасвертывания крови характеризуется превращением неактивного протромбина кровяных пластинок под влиянием протромбиназы в активный тромбин. Протромбин является глюкопротеидом, образуется клетками печени при участии витамина К.

В третьей фазесвертывания из растворимого фибриногена крови, активированного тромбином, образуется нерастворимый белок фибрин, нити которого образуют основу кровяного сгустка (тромба), прекращающего дальнейшее кровотечение. Фибрин служит также структурным материалом при заживлении ран. Фибриноген представляет собой самый крупномолекулярный белок плазмы и образуется в печени.

1. Сенсорные системы. Основные принципы строения сенсорных систем.

2. Общий план организации и функции сенсорных систем.

3. Классификация и механизмы возбуждения рецепторов.

4. Свойства рецепторов.

6. Зрительная сенсорная система. Общий план организации.

7. Оптическая система глаза и преломление света (рефракция).

9. Функциональные характеристики зрения.

10.Слуховая сенсорная система. Общий план организации.

11.Функции наружного, среднего и внутреннего уха.

12.Физиологический механизм восприятия звука.

13.Вестибулярная сенсорная система. Общий план организации. Влияние на другие функции организма.

14.Функционирование вестибулярного аппарата.

15.Двигательная сенсорная система. Общий план организации. Функционирование проприорецепторов.

16.Сенсорные системы кожи, внутренних органов, вкуса и обоняния.

18.Обработка информации на корковом уровне. Значение деятель-ности сенсорных систем в спорте.

19.Общая характеристика эндокринной системы.

20.Функции гипофиза. Характеристика гормонов гипофиза.

21.Функции надпочечников. Выделяемые ими гормоны.

22.Функции щитовидной и паращитовидной желез.

23.Эндокринные функции поджелудочной железы.

24.Функции половых желез. Гормоны вилочковой железы и эпифиза.

26.Понятие о системе крови. Гомеостаз.

27.Физиологические функции крови.

28.Состав и основные параметры крови.

29.Функции эритроцитов. Гемоглобин.

30.Функции лейкоцитов и тромбоцитов.

31.Физико-химические свойства плазмы крови.

32.Переливание крови. Группы крови. Резус-фактор.

33.Функции сердца и его основные физиологические свойства.

35.Гемодинамика. Объемная и линейная скорости движения крови. Кровяное давление.

36.Регуляция системы крови. Регуляция сердечно-сосудистой сис-темы.

37.Физиология дыхания. Внешнее дыхание (вентиляция легких). Ле-гочные объемы.

38.Обмен газов в легких. Транспорт газов кровью.

40.Обмен газов между кровью и тканями.

41.Пищеварение. Общая характеристика пищеварительных процессов.

42.Пищеварение в ротовой полости и желудке.

43.Пищеварение в двенадцатиперстной кишке. Функции печени.

44.Пищеварение в тонком и толстом кишечнике.

45.Всасывание продуктов переваривания пищи. Нервная регуляция процессов пищеварения.

Протекание основных ферментативных реакций, процессов жизнедеятельности ограничена пределами температуры внутренней среды. Для человека повышение температуры тела до $43^\circ \ C$ и снижение ниже $25^\circ \ C$, как правило, смертельно. Нервные клетки являются самыми чувствительными к изменениям температуры.

Температура тела зависит от следующих факторов:

Теплообразование, или теплопродукция – интенсивность образования тепла.
Теплоотдача – величина потерь тепла.

Основное условие сохранения постоянной температуры тела – устойчивый баланс теплообразования и теплоотдачи.

Организм человека получает или отдает тепло в результате

излучения;
теплопроведения;
конвекции.

Тепло является побочным продуктом биохимических реакций организма. Вся энергия, высвобождающаяся при окислении питательных веществ превращается в тепло.

Теплообразование в организме тем больше, чем интенсивнее протекают процессы метаболизма. Конденсация на тепловой баланс практически не влияет.

Терморегуляция – совокупность физиологических процессов, обеспечивающих наилучшее соотношение теплопродукции и теплоотдачи.

Химическая терморегуляция

Химическая терморегуляция осуществляется в результате изменения уровня метаболизма, что приводит к уменьшению или повышению выработки тепла в организме.

Общее теплообразование состоит из

первичной теплоты, которая образуется вследствие постоянно протекающих биохимических реакций в тканях;
вторичной теплоты, выделяющейся при использовании энергии макроэргических соединений на осуществление определенной работы.

В различных тканях и органах интенсивность метаболизма неодинакова. Больше всего тепла образуется в мышечных волокнах при их сокращении и напряжении.

Готовые работы на аналогичную тему

Сократительный термогенез – это образование тепла мышцах при сильном напряжении и сокращении, является основным механизмом получения дополнительного тепла у взрослого человека.

У новорожденных механизм ускоренного теплообразования наблюдается за счет повышения скорости окисления жирных кислот бурого жира, находящегося вдоль крупных сосудов грудной и брюшной полостей, в межлопаточной и затылочной областях.

Несократительный термогенез – процесс образования тепла в буром жире. Полипептид, находящийся в митохондриях жировых клеток, разобщает протекающие в них процессы окисления и образования АТФ. В детском организме бурого жира больше, чем во взрослом.

Физическая терморегуляция

Физическая терморегуляция– это совокупность физиологических процессов, которые ведут к изменениям уровня отдачи тепла.

Повышение температуры внешней среды ведет к увеличению теплоотдачи, понижение - к ее уменьшению.

Во внешнюю среду организм человека отдает тепло разными способами:

Излучение. Испускание электромагнитных волн инфракрасного диапазона. Количество тепла, отдаваемое организмом, пропорционально площади поверхности частей тела, контактирующих с воздухом. Организм взрослого человека при температуре внешней среды $20^\circ \ C$ и относительной влажности воздуха $40-60\%$ рассеивает $40-50\%$ отдаваемого тепла. При повышении температуры кожи излучение возрастает. Если температура окружающей среды и температура поверхности кожи выравниваются, то отдача тепла излучением останавливается.
Кондукция, или теплопроведение – это отдача тепла в результате непосредственного контакта тела с другими физическими объектами. При этом, отдаваемое во внешнюю среду количество тепла пропорционально площади соприкасающихся поверхностей, разнице средних температур контактирующих тел, теплопроводности, времени контакта. Низкой теплопроводностью обладают жировая ткань, сухой воздух, поэтому они являются теплоизоляторами. Нахождение в среде с высокой влажностью и при низкой температуре сопровождается увеличением теплопотерь организма.
Конвекция – это отдача тепла, реализуемая путем транспорта тепла движущимися частицами воды или воздуха. Конвекционный теплообмен связан с обменом молекулами. При свободной конвекции тело окружает неподвижный воздух, а теплый воздух, отходящий от тела, переносит как энергию, так и молекулы. При принудительной конвекции теплообмен зависит от скорости движения окружающего тело воздуха, скорости переноса молекул и энергии. При температуре внешней среды $20^\circ \ C$ и относительной влажности воздуха $40-60\%$ в результате конвекции и теплопроведения организм рассеивает около $25-30\%$ тепла.
Испарение – это отдача тепла во внешнюю среду в результате испарения влаги или пота с поверхности слизистых дыхательных путей и кожи. Организм человека при температуре $20^\circ \ C$ отдает около $20\%$ рассеиваемого тепла.

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 17.09.2021

Наталья Николаевна Чувелева

Автор24 - это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.

Читайте также: