Введение в основы температурного гомеостаза

Температура тела - важный параметр гомеостаза – необходимое условие эффективного функционирования физиологических систем.
Нормальная температура ядра тела человека в среднем – 37 + 0,6°°C.
Гомойотермный организм человека (полуоткрытая система), поддерживает и регулирует температуру тела при условии баланса между теплопродукцией и теплоотдачей.
Температура тела варьирует в зависимости от места измерения.
Различают:
a) Температуру ядра (глубокую температуру), которая относительно
постоянна,
б) Температуру оболочки тела (поверхностную температуру), которая
сильно варьирует.
Места измерения температуры
a) Ротовая полость

• Наиболее часто в Европе и США
• T 35.8 - 37.3°C
• Варьирует в течение дня - Причины ошибок измерения:

· Ротовое дыхание
· Прием теплой или холодной воды перед измерением
b) Подмышечная впадина

• Часто используется
• Значение на 0.6°C ниже, чем во рту. c) Прямая кишка
• Лучшее место для оценки температуры ядра
• Часто используется у детей
• Обычно на 0.5-0.6°C выше, чем ротовая и подмышечная температура d) Ушная раковина
• Лучшее место при исследованиях

Нормальные вариации температуры

• Циркадианный ритм зависит от ряда физиологических факторов:

• Ниже утром, выше вечером,

• T˚ растет после физической нагрузки на 1-2°C в зависимости от интенсивности (до 39°C у спортсменов высшей квалификации на высоте нагрузки),
• T изменяется в течение овариального цикла у женщин (на 0.5°C выше после овуляции),

выше у детей и ниже у стариков.
Рис. Суточные вариации температуры ядра тела

Диапазон температуры "ядра" тела (20—42 °С), при котором сохраняется жизнеспособность организма:

• при температуре ~ 20 °С – остановка сердца, - ~ 24 °С – остановка дыхания, - ~ 42 °С – т епловой удар.

Температурный гомеостаз

• относительное постоянство температуры тела
• баланс между теплопродукцией и теплоотдачей
• позволяет поддерживать необходимый уровень метаболизма тканей - теплопродукция – результат биохимических процессов в органах и тканях
• теплоотдача – результат физических процессов
  • теплопроведения (кондукции)
  • теплоизлучения (радиации) испарения

Механизмы теплопродукции и теплоотдачи

Тепло образуется в процессе обмена веществ. Уровень теплообразования зависит от:

• величины основного обмена,
• интенсивности метаболизма в тканях,
• «специфически динамического действия» принимаемой пищи, - мышечной активности (сократительный термогенез), включая мышечные сокращения при дрожи,
• несократительного термогенеза, т.е. Образования тепла при разобщении окисления и фосфорилирования, в том числе в клетках бурого жира,
• эффекта гормонов (T4, адреналин, норадреналин, СТГ, тестостерон), - симпатической стимуляции.

Суммарная теплопродукция (теплообразование) в организме состоит из

1. первичной теплоты, которая
   • выделяется в ходе постоянно протекающих во всех

органах и тканях реакций обмена веществ,

1. вторичной теплоты, которая
   • образуется при расходовании энергии макроэргических соединений на выполнение человеком определенной мышечной работы.

Распределение тепла в теле осуществляется в значительной степени посредством крови, обладающей высокой теплоемкостью.
Потери тепла зависят в основном от потерями через кожные покровы.
Подкожный жир – это теплоизолятор –

• проводимость тепла в неперфузируемом жире - 0.06 вт/м2/°C, в перфузируемом - 0.6 вт/м2/°C (в 10 раз выше).

Основное тепло генерируется в печени, мозге, сердце и в скелетных мышцах во время их работы. Затем – передаётся к коже, откуда оно теряется в воздух и окружающую среду.
Скорость теплоотдачи зависит от двух факторов:

1. скорости проведения тепла (в основном с кровотоком) от мест его образования к коже и
2. скорости отдачи тепла кожей в окружающую среду.

Роль кожи в температурном гомеостазе

1. Кожа выполняется функцию теплоизолятора в результате
   • низкой теплопроводность кожи и подкожной жировой ткани, - поддержания постоянной внутренней температуры при температуре на поверхности кожи, близкой к температуре среды.
2. Кожа как теплообменная система:
   • кожа - это эффективная управляемая теплообменная система; - основной механизм переноса тепла от тела к коже – ток крови (до 30% сердечного выброса).

Механизмы теплоотдачи в окружающую среду

1. Излучение
- Обнажённый человек при t=20 ˚C теряет ≈ 60% тепла посредством излучения инфракрасных волн длиной от 760 нм.
2. Проведение
- Контактная передача тепла (30% отдаваемого тепла) при соприкосновении поверхности тела с какими-либо физическими телами (стул, пол, подушка, одежда и др.).
3. Конвекция

• (15% отдаваемого тепла) – потеря тепла путём переноса движущимися частицами воздуха или воды:
• Возрастает с увеличением скорости движения воздуха, - В воде также во много раз больше, чем на воздухе.

Однако…
Если t тела ≤ tсреды - эти способы потери тепла неэффективны!!! Тогда ведущим механизмом теплоотдачи становится испарение.
4. Испарение - механизм выделения тепла при высоких температурах:

• потеря 0,58 ккал тепла на 1г испарившейся воды,
• кожа, лёгкие - 450 - 600 мл в день - потеря 12–16 ккал/час,
• неощутимое испарение — результат непрерывной диффузии молекул воды через кожу и дыхательные поверхности (не контролируется системой терморегуляции).

Потоотделение, как фактор теплоотдачи путем испарения.
Известно два вида потоотделения

1. терморегуляторное (на всей поверхности тела в ответ на повышение t ОС и при нагрузке) и
2. психогенное (ответ на эмоциональный стресс).

Типы потовых желез

1) эккриновые железы (20 млн) выделяют NaCl, равномерно распределены по поверхности тела и обеспечивают терморегуляцию, 2) апокриновые потовые железы (подмышечные и паховые) выделяют ферромоны и принимают участие в создании запаха тела.
Секрет потовой железы – аналогичен плазме крови, но не содержит белков.
Реакция потоотделения при перегревании:
- увеличение кровообращения в коже и выделение большого количества пота эккриновыми железами.

Реакция потоотделение при эмоциях (стресс)

– сужение кожных сосудов, усиление активности апокриновых желез, выделяется так называемый «холодный пот».
Условия потоотделения:

• потоотделение наступает, как правило при температуре окруюажщей среды 32-34 °C,
• у новорождённых доношенных - при 35–37 °C,
• у недоношенных потоотделительный механизм не сформирован.

Потоотделительный механизм адаптируется к температурным условиям среды:

• в жарком климате неакклиматизированных людей до 1 л пота в час, у акклиматизированных лиц 2 - 3 л в час (но.. Уменьшение NaCl в поте сохранение электролитного баланса; выделяется альдостерон, усиливающий реабсорбцию Na+ из выводных протоков потовых желёз).

Механизмы регуляции поддержания температуры тела

Сенсорные рецепторы в терморегуляторной системе включают центральные нейроны и периферические рецепторы:

1. Центральные нейроны:

· Передний гипоталамус и преоптическая область термочувствительные нейроны, реагирующие преимущественно на охлаждение организма.
· Задний гипоталамус отвечает за регуляцию теплопродукции.

1. Периферические рецепторы:

· Кожные терморецепторы - реагируют на + 0,005 °C.

Терморецепция осуществляется свободными окончаниями тонких сенсорных волокон типа (дельта) – С.

Терморецепторы включают:
· холодовые рецепторы (преобладают) и
· тепловые рецепторы
При постоянной температуре кожи терморецепторы разряжаются тонически с частотой, зависящей от температуры (статическая активность терморецепторов).
Средние частоты разрядов
· для холодовых терморецепторов максимальная частота разрядов обнаружена в пределах 20−33 С (средняя 26 °С),
· для тепловых — в пределах 40−46 °С (средняя 43 °С).

Гипоталамический термостат

· Терморегуляторный центр - передняя и преоптическая области гипоталамуса.
· 37,1 °C - установочная точка центра терморегуляции.
Отклонение от установочной точки температуры - сигнал к эффекторным системам поддержания t тела.

Эффекторы в системе терморегуляции

Механизм понижения температуры тела

1. Расширение сосудов кожи (увеличивает в 8 раз количество тепла, доставляемого к коже) – результат торможения симпатической активности заднего гипоталамуса.
2. Потоотделение: ↑tтела на 1 °С – потоотделение в 10 раз ↓ теплообразование.
3. Торможение образования тепла за счёт блокирования химического термогенеза и дрожания.

Механизм повышения температуры тела

1. Сужение сосудов основных регионов тела (активация симпатических центров заднего гипоталамуса).
2. Пилоэрекция - реакция выпрямления волос тела (для животных «воздушный изолятор», у человека «гусиная кожа»).

Значительное повышение теплопродукции: возбуждение СНС, секреция T4 и мышечная дрожь* (в 4–5 раз). Двигательный центр дрожи в дорсомедиальной части заднего гипоталамуса, тормозится повышенной внешней температурой и возбуждается при её понижении. Ритмические рефлексы с мышечных веретён вызывают дрожь.

Если сужение сосудов кожи не может сохранить температуру ядра включается сократительный термогенез
· включает спинальные рефлексы, вызывающие мелкие сокращения в мышцах-антагонистах
· выделение Е в виде тепла из АТФ
· 4-х кратное увеличение теплопродукции
Несократительный термогенез - механизм продукции тепла в условиях холода

1. активация симпатической нервной системы и продукции тироидных гормонов

· ↑ уровень метаболизма (иногда на 30% и более после нескольких недель воздействия холода)
· Окисление большего количества питательных веществ,
· Запасание энергии (увеличение массы тела),
· Повышение аппетита

1. У младенцев продукция тепла за счет распада бурого жира, распад которого не связан с синтезом АТФ, как результат

выделение Е в виде тепла