Гомеостаз — любой саморегулирующийся процесс, с помощью которого биологические системы устремляются к поддержанию внутренней стабильности, приспосабливаясь к оптимальным для выживания условиям. Если гомеостаз успешен, то жизнь продолжается; в противном случае, произойдет бедствие или смерть. Достигнутая стабильность фактически является динамическим равновесием, в котором происходят непрерывные изменения, но преобладают относительно однородные условия.

Особенности и роль гомеостаза

Любая система в динамическом равновесии желает достичь устойчивого состояния, баланса, который противостоит внешним изменениям. Когда такая система нарушена, встроенные регулирующие устройства реагируют на отклонения, чтобы установить новый баланс. Такой процесс является одним из элементов управления с обратной связью. Примерами гомеостатической регуляции являются все процессы интеграции и координации функций, опосредованные электрическими цепями и нервными или гормональными системами.

Другим примером гомеостатической регуляции в механической системе является действие регулятора комнатной температуры или термостата. Сердцем термостата является биметаллическая полоса, которая реагирует на изменения температуры, завершая или нарушая электрическую цепь. Когда помещение охлаждается, то контур завершается и включается обогрев, а температура поднимается. На заданном уровне цепь прерывается, печь останавливается, и температура падает.

Однако биологические системы, имеющие большую сложность, обладают регуляторами, которые сложно сравнивать с механическими устройствами.

Как отмечалось ранее, термин гомеостаз относится к поддержанию внутренней среды тела в узких и жестко контролируемых пределах. Основными функциями, важными для поддержания гомеостаза, являются баланс жидкости и электролита, регулирование кислотной среды, терморегуляция и метаболический контроль.

Контроль температура тела у людей считается отличным примером гомеостаза в биологической системе. Нормальная температура тела человека составляет около 37° C, но различные факторы могут влиять на этот показатель, включая гормоны, скорость метаболизма и болезни, приводящие к чрезмерно высоким или низким температурам. Регулирование температуры тела контролируется областью мозга, называемой Гипоталамус.

Обратная связь о температуре тела переносится через кровоток в мозг и приводит к компенсационным корректировкам в скорости дыхания, уровне сахара в крови и скорости метаболизма. Потеря тепла у людей обеспечивается уменьшением активности, потоотделением и механизмами теплообмена, которые позволяют большему количеству крови циркулировать вблизи поверхности кожи.

Снижение потерь тепла осуществляется за счет изоляции, уменьшения циркуляции на коже и культурных изменений, таких как использование одежды, жилья и сторонних источников тепла. Диапазон между высокими и низкими уровнями температуры тела составляет гомеостатическое плато — «нормальный» диапазон, который поддерживает жизнь. По мере приближения к любой из двух крайностей, корректирующее действие (через отрицательную обратную связь) возвращает систему в нормальный диапазон.

Концепция гомеостаза также применяется к экологическим условиям. Впервые предложенная американским экологом Робертом Макартуром в 1955 году идея, что гомеостаз в экосистемах является продуктом сочетания биоразнообразия и большого количества экологических взаимодействий, происходящих между видами.

Такое предположение считалось концепцией, которая могла бы помочь объяснить устойчивость экологической системы, то есть ее сохранение как определенного типа экосистемы с течением времени. С тех пор концепция несколько изменилась, и включила неживую составляющую экосистемы. Этот термин использовался многими экологами для описания взаимности, которая происходит между живыми и неживыми составляющими экосистемы для поддержания статус-кво.

Гипотеза Геи — модель Земли, предложенная английским ученым Джеймсом Лавлоком, которая рассматривает различные живые и неживые составляющие, как компоненты более крупной системы или единого организма, делая предположение, что коллективные усилия отдельных организмов вносят вклад в гомеостаз на планетарном уровне.

Клеточный гомеостаз

Клетки зависят от среды тела, чтобы сохранять жизнеспособность и правильно функционировать. Гомеостаз поддерживает среду тела под контролем и сохраняет благоприятные условия для клеточных процессов. Без правильных условий тела определенные процессы (к примеру, осмос) и белки (к примеру, ферменты) не будут функционировать должным образом.

Почему гомеостаз важен для клеток? Живые клетки зависят от движения химических веществ вокруг них. Химические вещества, такие как кислород, углекислый газ и растворенная пища, необходимо транспортировать в клетки и из них. Это осуществляется процессами диффузии и осмоса, зависящих от баланса воды и соли в теле, которые поддерживаются гомеостазом.

Клетки зависят от ферментов, чтобы ускорить многие химические реакции, поддерживающие жизнедеятельность и функциональность клеток. Эти ферменты работают лучше всего при определенных температурах, и поэтому снова гомеостаз жизненно важен для клеток, поскольку он поддерживает постоянную температуру тела.

Примеры и механизмы гомеостаза

Вот несколько основных примеров гомеостаза в теле человека, а также поддерживающие их механизмы:

Температура тела

Наиболее распространенным примером гомеостаза у людей является регулирование температуры тела. Нормальная температура тела, как мы писали выше составляет 37° C. Температура выше или ниже нормальных показателей может вызывать серьезные осложнения.

Мышечная недостаточность возникает при температуре 28° C. При 33° C происходит потеря сознания. При температуре 42° C центральная нервная система начинает разрушаться. Смерть наступает при температуре 44° C. Тело контролирует температуру путем выработки или высвобождения избыточного тепла.

Концентрация глюкозы

Концентрация глюкозы относится к количеству глюкозы (сахара в крови), присутствующего в кровотоке. Организм использует глюкозу в качестве источника энергии, но ее избыток или недостаток может вызвать серьезные осложнения. Некоторые гормоны осуществляют регулирования концентрации глюкозы в крови. Инсулин снижает концентрацию глюкозы, в то время как кортизол, глюкагон и катехоламины увеличивают.

Уровни кальция

Кости и зубы содержат приблизительно 99% кальция в организме, в то время как оставшийся 1% циркулируют в крови. Слишком большое или недостаточное содержание кальция в крови имеют негативные последствия. Если уровень кальция в крови слишком сильно снижается, паращитовидные железы активируют свои рецепторы, чувствительные к кальцию, и высвобождают паратиреоидный гормон.

ПТГ сигнализирует костям он необходимости высвобождения кальция, чтобы увеличить его концентрацию в кровотоке. Если уровень кальция увеличивается слишком сильно, щитовидная железа высвобождает кальцитонин и фиксирует избыток кальция в костях, тем самым уменьшая количество кальция в крови.

Объем жидкости

Тело должно поддерживать постоянную внутреннюю среду, а это означает, что ему необходимо регулировать потерю или восполнение жидкости. Гормоны помогают регулировать этот баланс, вызывая экскрецию или удерживание жидкости. Если организму не хватает жидкости, антидиуретический гормон сигнализирует почкам о сохранении жидкости и уменьшает выход мочи. Если организм содержит слишком много жидкости, он подавляет альдостерон и сигнализирует о выделении большего количества мочи.

Источник: natworld.info

Понятие о тепловом гомеостазе

Тепловой гомеостаз — способность поддержания постоянной температуры тела (ядра) на определенном уровне. Эта способность послужила основой для разделения животных на теплокровных и холоднокровных (от греч. «гомойос» — равный, «пойкилос» — разнообразный, «терме» — жар).

9.1. «Ядро» и «оболочка» тела как понятия теплового гомеостаз

Представления о гомойотермностн высших животных и человека в последнее десятилетне сильно поколеблены. Оказалось, что: а) поверхностная ткань тела — «оболочка» (кожа, подкожно-жировая клетчатка, поверхностные мышцы, ткани конечностей) обладают пойкилотермными свойствами, т.е. в зависимости от температуры окружающей среды их температура может колебаться в пределах до 10° С; б) в то же время органы грудной клеки, брюшной полости, мозг — «ядро» тела — находятся в гомойтермных условиях, их температура меняется не более, чем на 2° С.

Наиболее близко отражают температуру «ядра» тела температура в полостях, близких к нему (на барабанной перепонке ушного прохода, в подъязычной ямке, прямой кишке и влагалище, подмышечных впадинах).

Исходя из сказанного, тепловой гомеостаз можно определить как сохранение на постоянном уровне температуры «ядра» тела.

9.2. Механизмы теплового гомеостаза

Механизмы теплового гомеостаза — это механизмы теплообразования (термогенеза) и теплоотдачи.

9.2.1. Механизмы термогенеза: сократительный и несократительный

За счет «сгорания» АТФ работают и 1-й и 2-й механизмы. Универсальность проявляется в том, что часть энергии АТФ обязательно, кроме совершенной работы, рассеивается в виде тепла.

Сократительный термогенез обеспечивает 70% теплопродукции и осуществляется благодаря сократительной деятельности мышц (произвольные движения, терморегуляторный мышечный тонус). Если скелетные мышцы (быстрые мышечные волокна) связаны преимущественно с двигательной функцией, то термогенезное значение имеют в основном сокращения (дрожь) медленной познотонической мускулатуры (разгибательная), мышц волосяных фолликулов (эрекция волос, гусиная кожа) и т.д.

Несократительныи термогенез дает 30% теплопродукции и обеспечивается за счет выделения тепла при работе Na,K -АТФ-азы и разобщения окислительного фосфорилированпя.

Образование тепла у новорожденных в ответ на охлаждение на 80% обусловлено специальной тканью — бурым жиром. У них не наблюдается дрожи (нет сократительного термогенеза). Бурый жир откладывается вокруг сердца, шеи и между лопатками, на грудке (Рис. 18). В клетке белого жира имеется одна большая капля жира, а в клетках бурого присутствует много мелких капелек жира и очень много митохондрий. Железосодержащий пигмент цитохромов митохондрий придает ему бурый цвет. Благодаря большому количеству митохондрий окислительная способность клеток бурого жира превышает таковую у белого. Удаление у новорожденных кроликов нескольких граммов бурого жира лишало их способность увеличивать продукцию тепла в ответ на охлаждение.

Система включения термогенеза бурого жира может быть представлена следующим образом. Терморецепторы, воспринимающие холодовое воздействие, посылают импульсы в мозг. Центр терморегуляции гипоталамуса переключает эти импульсы через ретикулярную формацию на симпатические нервы, идущие к жировой ткани, где в их синапсах выделяется норадреналин. Он через 3,5-АМФ повышает активность триглицерид-липазы, расщепляющей жиры на глицерин и жирные кислоты. Жирные кислоты вызывают разобщение процессов окисления и фосфорилирования, при этом энергия окисления переходит не в АТФ, а сразу рассеивается в виде тепла.

Другой механизм несократительного термогенеза базируется на повышении деятельности Na-K-АТФ-зы под влиянием Т3/T4 (25-30% АТФ в норме переходит в тепло при работе АТФ-азы).

Вывод: химический катаболизм пищевых субстратов приводит к генерации АТФ, большая часть которой переходит в работу, а меньшая часть — обязательно в тепло. Таким образом, процессы теплообразования в организме химической природы.

Теперь рассмотрим компоненты теплового гомеостаза, связанные с различными путями теплоотдачи.

9.2.2. Механизмы теплоотдачи

Следует сразу сказать, что они в своей основе физической природы.

1. Теплоотдача испарением с кожи и верхних дыхательных путей. При испарении 1 мл Н₂О от испаряющей площади отнимается 0,58 ккал. За сутки человек при температуре окружающей среды 35° С теряет около 5 л, пота, что соответствует 2900 ккал. Испарение с поверхности тела зависит от потоотделения и от температуры, влажности окружающей среды. При высокой температуре и влажности испарение влаги может прекратиться и кожа останется смоченной, вызывая ощущение духоты и плохого самочувствия (летом в автобусе).
2. Теплоотдача конвекцией — поглощение тепла окружающей человека средой (воздухом — вентилятор, водой — плавание).
3. Теплоотдача радиацией — отдача тепла телом за счет инфракрасного излучения организма (обнажение частей тела или, наоборот, укрытие их одеждой).

Вывод. В механизмах теплоотдачи используется «оболочка» организма, температура которой поддерживается в основном за счет переноса тепла с артериальной кровью от «ядра» (внутренних органов) к оболочке» тела.

9.3. Система регуляции теплового гомеостаза

Нейроэндокринная система контролирует физиологические и поведенческие сдвиги тепло-регуляторного поведения млекопитающих и холоднокровных.

Как условились ранее, под тепловым гомеостазом мы понимаем поддержание на постоянном уровне температуры «ядра» тела, в таком случае «оболочке» тела придаются функции рабочего органа, вся деятельность которого направлена лишь на обслуживание теплового гомеостаза внутренних органов, «ядра».

9.3.1. Понятие об «установочной точке»

Вопрос о включении и выключении механизмов теплообразования и теплоотдачи под влиянием нейроэндокринной системы управления тесно связан с концепцией «установочной точки». Под этой контролируемой переменной предложено понимать температуру глубоких структур головного мозга.

О ней лучше всего дает представление температура барабанной перепонки (около 37,1° С).

Отклонение температуры головного мозга от 37,1° С вызывает изменения активности центральных отделов нейро-эндокринной системы (гипоталамуса), которые запускают либо реакции теплопродукции (усиление катаболизма, дрожь), либо реакции усиления теплопотери (расширение сосудов).

Путь включения систем теплоотдачи и теплообразования общий (Рис. 19). Импульсы с холодовых рецепторов кожи, непосредственное омывание гипоталамуса холодной кровью или действие на него пирогенов приводит к отклонению температуры нейронов ядра теплорегуляции от установочной точки. Возбуждение гипоталамуса переключается через ретикулярную формацию на САС или через систему первичного стресс-посредника на гипофиз. В результате усиливается — ослабляется работа системы теплоотдачи (игра микрососудов кожи) и системы термогенеза (сократительного и несократительного).

9.3.2. Роль обратной связи в терморегуляции

После включения указанных систем и приближения температуры головного мозга к 37,1° С, эффект возбуждения физической и химической терморегуляции по принципу отрицательной обратной связи подавляется.

При избыточной задержке или отдаче тепла температура «ядра» уже не может быть компенсирована за счет физиологического терморегулирования и предотвращается только изменением поведения человека, животных, т.е. включается 2-я система теплового гомеостаза.

9.3.3. Социальная терморегуляция

Таким образом, сохранение теплового гомеостаза «ядра» с помощью физических и химических механизмов терморегуляции возможно лишь в определенных нормальных пределах воздействия окружающей среды. Для поддержания теплового гомеостаза «ядра» при неблагоприятном воздействии вне этих пределов необходимо включение иных механизмов — сдвигов поведения, сознательных действий человека или изменения поведенческих реакций живых существ.

Возвращаясь к теме наследственности, можно сказать, что создание системы терморегуляции человека — это тоже фенотипическое проявление генотипа человека, его видовой признак. Этот новый, появившийся в эволюции признак, обеспечил виду огромные преимущества в выживаемости. Конкретным примером в данном случае является сознательная терморегуляторная деятельность человека, позволяющая ему выжить при таких температурных воздействиях, при которых жизнь других живых организмов вообще невозможна (космос). Этот путь приспособления организма связан с сохранением на нормальном или незначительно сниженном уровне температуры «оболочки» тела за счет костров, одежды, строительства жилищ.

9.4. Суточный (циркадианный) ритм изменения температуры тела

Температурная кривая у изголовья больного — отражение состояния теплового гомеостаза. Поддержание теплового гомеостаза «ядра» тела находит свое выражение в том, что температура человека в норме колеблется в очень узких пределах в течении дня (от 0,8 до 1,2° С).

Динамика этих колебаний отражает суточный (циркадианный) ритм колебаний функций активности высших животных и человека, связанный со сменой дня и ночи.

Суточный ритм и его изменения имеют большое значение для гигиены труда и проблем адаптации человека к необычным (экстремальным) условиям среды. Его изучение важно и для патологии, т.к. при многих болезнях суточное колебание температуры в той пли иной мере сохраняется. В частности, суточная температурная динамика (в различных формах) сохраняется и при лихорадке.

Практическое значение температурной кривой — отражение состояния теплового гомеостаза. Резкие нарушения ритмики у лихорадящих больных имеют существенное диагностическое — до применения лекарств — и прогностическое значение.

9.5. Что же такое лихорадка?

Лихорадка — фебрис — известна давно, со времен Гиппократа, который выделил некоторые заболевания и назвал их лихорадочными (тиф, малярия, лихорадка Паппатачи и другие). Через всю историю медицины эти заболевания и прошли под этим термином. С середины и до начала XX века лихорадка считалась болезнью, которая может протекать и без повышения температуры.

Теперь мы понимаем под лихорадкой комплекс симптомов, характеризующихся повышением температуры тела, характерной для многих инфекционных заболеваний. Т.е., повышение температуры составляет суть лихорадки. Русское название «лихо» (плохо) достаточно полно отражает состояние больного при этой патологии.

9.5.1. Этиология: инфекционные и ненфекционные воздействия, вызывающие в организме образование пирогенов (интерлейкин-1)

Повышение температуры происходит обычно при бактериальной или вирусной инфекции. Иногда высокая температура сопровождает и неинфекционные воздействия. При этом бактерии, вызывающие лихорадочное состояние, не обязательно должны быть живыми. «Пожирая» бактерии, лейкоциты вырабатывают особый белок — интерлейкин-1. Именно он, по-видимому, сообщает гипоталамусу о необходимости повышения температуры тела, увеличивая содержание простагландина Е в центре теплорегуляции гипоталамуса, что приводит к повышению установочной точки (Рис. 20). Установлено также, что аспирин доводит температуру до нормальной, подавляя образование простагландина Е в центре терморегуляции. Известно, что аспирин снижает высокую температуру, но не оказывает никакого влияния на нормальную.

9.5.2. Роль соотношения термогенеза и теплоотдачи в патогенезе лихорадки

Ранее причиной лихорадки считали увеличение теплообразования. Но еще Гален показал, что причиной лихорадки является задержка тепла в организме. Мы и теперь считаем, что это один из основных факторов. Далее многие исследователи предполагали, что одно повышение теплопропзводства лихорадку вызвать не может, необходимо еще ограничение теплопотери. Либермейстер, А.А.Лихачев, П.П.Авроров доказали с помощью калориметрической системы В.В.Пашутина, что при физической работе теплообразование повышается на 200-300%, а температура повышается незначительно.

При лихорадке теплообразование повышается на 63%, но теплоотдача запаздывает, в результате температура тела повышается до 40° С.

Позже П.Р.Веселкин показал роль смещения установочной точки в подъеме температурного гомеостаза на более высокий уровень.

9.5.2.1. Стадии лихорадки

Лихорадка развивается в 3 стадии в результате изменения соотношения теплоотдачи и теплообразования:

1. Подъем температуры [показать]
2. Стояние температуры на высоком уровне [показать]
3. Падение температуры [показать]

Осложнения. Температурный кризис (переломный момент) может сопровождаться острой сердечно-сосудистой недостаточностью — коллапсом. Врач должен быть внимательным в связи с тем, что термообразование может оставаться повышенным.

9.6. Изменение функций ряда органов при лихорадке

Главное событие на уровне клеток — увеличение температуры до 40° С вызывает повышение текучести липидов мембран с нарушением функций белков — рецепторов, переносчиков, генерации АТФ, детоксиакции.

9.6.1. Изменение функций центральной нервной системы охватывает все образования, начиная от коры до спинного мозга и клинически проявляется:

• преобладанием тормозного процесса (затормаживание реакций больного, вялость, сонливость, апатия). Изменения в нервной системе определяются не только изменениями температуры, но и другими факторами: интоксикация и т.д.;
• преобладанием возбудительных процессов (описаны случаи бреда, галлюцинаций, буйства у больных брюшным тифом, крупозной пневмонией).

9.6.2. Изменение сердечно-сосудистой системы

Деятельность сердечно-сосудистой системы изменяется стадийно. Вначале отмечается учащение ритма, в большинстве случаев пропорционально подъему температуры. Наблюдается сокращение поверхностных сосудов и отлив крови к внутренним органам. Во второй стадии ритм сердца также учащен, но поверхностные сосуды могут расширяться, приводя к падению кровяного давления. В третьей стадии наблюдается снижение сердечного ритма, падение кровяного давления вплоть до коллапса.

9.6.3. Изменение дыхания проявляются в виде тахипноэ, но минутный объем не повышается, т.к. дыхание поверхностное. Вместе с тем, это один из путей компенсаторного увеличения теплоотдачи испарением.

9.6.4. Изменения пищеварительной системы связаны во многом с действием интерлейкина-1. В частности, отмечается замедление секреции соков желудочно-кишечного тракта, снижение кислотности желудочного сока, замедление перистальтики, сопровождающееся повышением всасывания жидкой части содержимого пищеварительной трубки.

9.6.5. Изменения обмена веществ

1-я стадия, в основном, проявляется ускорением окислительных процессов. В целом отмечается повышение катаболизма в начале и дезорганизации метаболизма в конце с нарушением резистентности организма к действию стресс-факторов. Белковый обмен характеризуется отрицательным азотистым балансом, т.е. превышением выведения азота из организма над его поступлением. Искусственное увеличение поступления белка не нормализует азотистый баланс, который в 3-й стадии возвращается к норме. Углеводный обмен характеризуется увеличением распада депо глюкозы — гликогена. Липиды также мобилизуются из депо с образованием неэстерифицированных жирных кислот — энергетического материала.

Для 3-й стадии характерна резкая потеря с потом воды и минеральных веществ. Вначале развивается изотоническая, затем гипотоническая гипогидратация.

9.7. Биологическая роль лихорадки

В процессе эволюции лихорадка выработалась как защитный механизм, но она может носить и патологический характер при повышении температуры до цифр, при которых отмечается существенное повышение текучести липидов биомембран клеток.

Лихорадят ли холоднокровные? Американскому исследователю доктору М.Дж.Клюгеру удалось подтвердить защитную роль лихорадки экспериментально. Для своих опытов исследователь использовал холоднокровных животных, температура тела которых изменяется легко — она адаптируется к температуре окружающей их среды. Крупная ящерица (длина без хвоста до 15 см) игуана в естественных условиях может изменить температуру своего тела в диапазоне от 15° С ночью до 29-50° С днем в зависимости от того, находится она в тени или на солнце.

В лаборатории был создан климатический режим, близкий тому, который игуана может найти у себя в пустыне. В разных местах клетки и в соответствии со временем суток лампы включались таким образом, что ящерица могла выбрать для себя нужную ей температуру. Крохотный термометр в прямой кишке игуаны позволял все время следить за температурой ее тела. Здоровые ящерицы перемещались в различных «микроклиматах», которые были в их распоряжении, и поддерживали свою температуру неизменно на уровне 38-39° С.

А как будут вести себя больные ящерицы? Игуаны были заражены бактериями, вызывающими воспаление лап. В этом случае ящерицы стали выбирать место в клетке потеплее и их температура повысилась до 40-42° С. Другими словами, они специально вызывали у себя жар.

Сразу же возник вопрос: было ли это для них полезно? Ответ дал следующий несложный эксперимент. Игуаны были помещены в 5 ящиков, каждый из которых имел постоянную температуру: 34 и 36° С — низкая температура, но все же для игуан в пределах нормы: 38° С — норма: 40 и 42° С — выше нормы.

Спустя три дня 96% ящериц, содержащихся при самой высокой температуре, были живы. В ящиках с нормальной температурой выжили 34% животных, а в ящиках с температурой 34° С — лишь 10%.

Другими словами, высокая температура помогла животным противостоять инфекции. Конечно, можно было бы сказать, что высокая температура тормозит деление бактерий. Это действительно так. Ученые, (в частности, доктор А.Львов из Пастеровского института в Париже) давно показали, что некоторые инфекционные организмы воспроизводятся при повышенной температуре медленнее, чем при нормальной (бактериостатическое действие). Однако есть основания считать, что помимо этого, при повышении температуры активизируются многие компоненты гомеостаза: увеличивается производство фагоцитов и Т-лимфоцитов-хелперов под влиянием интерлейкина-1, уменьшается количество микроэлементов (в частности, железа), необходимых инфекционным микроорганизмам. Этот последний феномен наблюдался и другими учеными. Кроме того, лихорадка вызывает и стресс-синдром.

Вывод: Задачей врача является оценка состояния больного в данное время. Неверно очень частое стремление обязательно снять высокую температуру. Для обоснования положения о том, что лихорадка больного человека отличается прежде всего тем, что он регулирует свою температуру на более высоком уровне, можно привести следующие данные:

1. Лихорадящий больной, как и здоровый, при помещении в холодную ванну дрожит.
2. Повышение температуры тела при лихорадке не зависит прямо от температуры окружающей среды, а может наблюдаться и при повышении, и при понижении температуры окружающей среды.
3. При лихорадке температура, поднявшись до определенного значения, продолжает длительно оставаться на этом уровне, даже если теплообразование остается высоким. Это свидетельствует о том, что теплообразование и теплоотдача уравновешиваются и температура устойчиво регулируется на новом уровне.

9.8. Различия между лихорадкой и перегреванием

Общее — повышение температуры тела.

Различия:

1. Лихорадочная реакция не зависит от температуры окружающей среды, т.е. тeпловой гомеостаз сохранен.
2. При лихорадке наблюдается активное повышение температуры, т.к. под влиянием пирогенов смещается установочная точка. Перегревание же пассивно, тепловой гомеостаз нарушен и когда температура тела повышается вследствие повышения температуры окружающем среды. Это уже не защитное явление, а следствие слома терморегуляционной системы. Причиной перегревания может быть длительное пребывание в среде с более высокой температурой или затруднение процессов теплоотдачи (работа в скафандре).
3. Лихорадка оказывает защитное действие, перегревание — нет.

Источник: bono-esse.ru

Лекция 12

ТЕПЛООБМЕН (ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ)

ПЛАН:

Температурный гомеостаз (Понятие о терморегуляции, пойкилотермия, гомойтермия).

Химическая и физическая терморегуляция и ее механизмы.

Терморегуляция при физической работе.

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГОМЕОСТАЗ.

Температура среды, окружающей организм, оказывает большое влияние на его физиологическую актив­ность. На Земле температура колеблется от -50 до +60^о С. Однако, температурный диапазон, в котором способны функционировать клет­ки, составляет всего около 50^о С.

Живые клетки замерзают при нескольких гарусах ниже 0^оС (при этом замерзании тканей, образующиеся кристаллы льда разрушают тонкие клеточные структуры). При температуре выше 45^о С происходит денатурация белков.

Температура сильно влияет на метаболизм живой ткани, так как скорость биохимических реакций зависит от температуры окружающей среды и обычно возрастает в два-три раза на 10 повышения темпе­ратуры.

В живом мире существует ДВА ОСНОВНЫХ СПОСОБА РЕАГИРОВАНИЯ НА ВНЕШНЮЮ ТЕМПЕРАТУРУ:ГОМОЙОТЕРМИЯ и ПОЙКИЛОТЕРМИЯ.

ГОМОЙОТЕРМИЯ — характеризуется поддержанием постоянного уровня температуры тела, независимо от температуры окружающей среды, поддержанием ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО состояния.

Такой способ реагирования на изменение температуры внешней среды, поддержание изотермии, свойственен высшим животным и чело­веку. Эти организмы называются гомойотермными или теплокровными.Изотермия обеспечивается механизмами терморегуляции, которые поз­воляют животным функционировать в температурных условиях, обеспе­чивающих оптимальную активность ферментов.

ПОЙКИЛОТЕРМИЯ— характеризуется изменением температуры тела в зависимости от температуры окружающей среды.

Пойкилотермия наблюдается у большинства беспозвоночных и низших позвоночных животных, иногда называемых — холоднокровными.

ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА ЗАВИСИТ ОТ ИНТЕНСИВНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛА И ОТ ВЕЛИЧИНЫ ТЕПЛОПОТЕРЬ.

ТЕПЛООБРАЗОВАНИЕ (ТЕРМОГЕНЕЗ) происходит вследствие непре­рывно совершающихся экзотермических реакций.Эти реакции протека­ют во всех органах и тканях, но неодинаково интенсивно. В тканях и органах, производящих активную работу — в мышечной ткани, пече­ни, почках, — выделяется большее количества тепла, чем в менее активных — соединительной, костной, хрящах — тканях.

ПОТЕРЯ ТЕПЛА ИЛИ ТЕПЛООТДАЧА органами и тканями зависит в большей степени от их месторасположения:Поверхностно расположен­ные органы, например кожа, скелетные мышцы, отдают больше тепла и охлаждаются сильнее, чем внутренние органы, более защищенные от охлаждения.

Отсюда следует, что температура разных органов различна. Распределение температуры тела весьма сложно, т.к. факторы, вли­яющие на локальные температуры в тканях, неодинаковы в разных частях тела и изменяются во времени.

Более глубоко расположенные ткани теплее, чем более поверх­ностные. Наибольшая разница (градиент) существует между темпера­турой поверхностного слоя тела (кожи) и глубокими (центральными) частями тела.

Хотя внутри тела температура несколько варьирует (разница в пределах 0,1^о С), для упрощения принимается, что она одинакова для расположенных там тканей. ОНИ СОСТАВЛЯЮТ ТЕМПЕРАТУРНОЕ ЯДРО ТЕЛА.

 

Это ядро окружено изолирующей оболочкой — слоем более по­верхностно расположенных тканей. Температурная оболочка тела включает те его части, в пределах которых имеются значительные температурные градиенты и которые изменяют свою температуру при различных тепловых воздействиях.

Термины "ТЕМПЕРАТУРНОЕ ЯДРО" и "ОБОЛОЧКА ТЕЛА" имеют функци­ональный, а не анатомический смысл, поскольку их размеры изменя­ются в зависимости от теплового режима тела и их нельзя строго связать с определенными частями тела.

ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ РАВНОВЕСИЕМ (БАЛАНСОМ) МЕЖДУ ТЕПЛООБРАЗОВАНИЕМ В ОРГАНИЗМЕ И ТЕПЛООТДАЧЕЙ ВО ВНЕШНЮЮ СРЕДУ.

Если оба эти процесса количественно одинаковы, температура тела остается неизменной, т.е. чтобы температура тела оставалась постоянной, необходимо, чтобы отдача тепла была равна его притоку (в результате метаболической теплопродукции или из внешней сре­ды). Такой баланс удобно описывать уравнением:

B = M + P + R + C + E (ккал/час/м²), где,

B — тепловой баланс;

М — собственная теплопродукция;

P — передача тепла за счет проведения;

R — передача тепла за счет излучения;

C — конвекция, т.е. передача тепла в движущийся поток воздуха (воды);

В головной боли,

Тошноте, рвоте,

Потери сознания,

Прекращении потоотделения,

5. Покраснении кожи, вследствие расширения перифери­ческих сосудов.

 

Если жара продолжается, повышение температуры оказывает повреждающее действие на ткани головного мозга и всей нервной системы и, в конечном счете, приводит к смерти.

Кроме перегревания в жарком и влажном воздухе, тепловой удар может возникать и под влиянием эндогенных факторов, усиливающих теплообразование в организме, например, физическое напряжение, усиленное питание, являются факторами, способствующими перегрева­нию.

В том случае, когда теплоотдача превышает теплопродукцию, температура тела снижается ниже 35^оС, наступает ГИПОТЕРМИЯ.

ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ

Таким образом, постоянство температуры тела поддерживается путем совместного действия, с одной стороны, механизмов, регули­рующих интенсивность обмена веществ и зависящие от него теплооб­разование (химическая теплорегуляция), а с другой — механизмов, регулирующих теплоотдачу (физическая теплорегуляция).

Регуляторные реакции, обеспечивающие сохранение температур­ного гомеостаза представляет собой сложные рефлекторные акты, ко­торые возникают в ответ на температурное раздражение рецепторов кожи, кожных и подкожных сосудов, а также самой ЦНС.

Существуют две терморецепторные зоны:

1. В гипоталамусе находятся централь­ные терморецепторы и,

2. в коже — периферические терморецепторы.

Лекция 12

ТЕПЛООБМЕН (ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ)

ПЛАН:

Температурный гомеостаз (Понятие о терморегуляции, пойкилотермия, гомойтермия).

Источник: cyberpedia.su

4)Способы терморегуляции

Постоянство температуры тела обеспечивается выработавшейся в ходе эволюции системой терморегуляции. Различают химическую и физическую терморегуляцию.

Химическая терморегуляция основана на изменении скорости и характера биологического окисления. Например, при переохлаждении организма выделяются гормоны, ускоряющие окисление. Кроме того, происходит разобщение окисления и синтеза АТФ: на синтез АТФ идёт не 50% энергии, выделяющейся при окислении, а меньше. Соответственно, больший процент энергии превращается в тепло; организм согревается. Однако, изменение характера биологического окисления неблагоприятно сказывается на состоянии организма, поэтому, как правило, химическая терморегуляция включается лишь в экстремальных ситуациях.

Физическая терморегуляция (играющая в большинстве случаев основную роль) осуществляется за счёт изменения характера кровообращения. При понижении температуры тела сужаются артериолы и мелкие артерии в коже и подкожной клетчатке. Приток крови к поверхности тела уменьшается (это проявляется в том, что кожа белеет). Как следствие, уменьшается передача тепла от внутренних органов и мышц к поверхности тела и отдача тепла в окружающую среду. При повышении температуры тела сосуды расширяются (кожа краснеет), с усилением кровотока увеличивается теплоотдача. Например, в пальцах количество протекающей крови в зависимости от температуры может меняться в сотни раз! При повышении температуры существенное значение имеет также усиленное потоотделение.

1)Основной обмен

Основной обмен — минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения нормальной жизнедеятельности в условиях относительного физического и психического покоя. Эта энергия расходуется на процессы клеточного метаболизма, кровообращение, дыхание, выделение, поддержание температуры тела, функционирование жизненно важных нервных центров мозга, постоянную секрецию эндокринных желёз.

• Печень потребляет 27% энергии основного обмена;

• Мозг — 19%;

• Мышцы — 18%;

• Почки — 10%;

• Сердце — 7%;

• Остальные органы и ткани — 19%.

Любая работа — физическая или умственная, а также приём пищи, колебания температуры окружающей среды и другие внешние или внутренне факторы, изменяющие уровень обменных процессов, влекут за собой увеличение энергозатрат.

Основной обмен определяют в строго контролируемых, искусственно создаваемых условиях:

• утром, натощак (через 12–14 часов после последнего приема пищи);

• в положении лежа на спине, при полном расслаблении мышц, в состоянии спокойного бодствования;

• в условиях температурного комфорта (18–20 °С);

• за 3 суток до исследования из организма исключают белковую пищу;

Основной обмен выражается количеством энергозатрат из расчета 1 ккал на 1 кг массы тела в час [1 ккал/(кг×ч)]

Факторы влияющие на величину основного обмена:

• возраст;

• рост;

• масса тела;

• пол человека.

Самый интенсивный основной обмен отмечается у детей (у новорожденных – 53 ккал/кг в сутки, у детей первого года жизни – 42 ккал/кг в сутки). Средние величины основного обмена у взрослых здоровых мужчин составляют 1300–1600 ккал/сут, у женщин эти величины на 10% ниже. Это связано с тем, что у женщин меньше масса и поверхность тела. С возрастом величина основного обмена неуклонно снижается. Средняя величина основного обмена у здорового человека приблизительно 1 ккал/(кг×ч).

Источник: StudFiles.net