Температурное «ядро» и «оболочка». Методы измерения температуры тела. Количество тепловой энергии, вырабатываемой в сутки в организме теплокровного животного, механизмы её распределения в организме.

Пойкилотермия, гетеротермия, гомойотермия. У низших животных температура тела прямо зависит от температуры окружающей среды. Такое состояние терморегуляции получило название пойкилотермия. Типичным представителем пойкилотермных (холоднокровных) животных является лягушка. Эти животные активны и свободны только в определённой узкой температурной зоне. Вне этой зоны они впадают в состояние анабиоза (при понижении температуры) или имеют неустойчивое состояние (при высокой температуре). Млекопитающие и птицы относятся к гомойотермным организмам (теплокровные), у которых имеет место изотермия или постоянство температуры тела независимое от температуры окружающей среды. Эти животные активны и свободны при любой температуре. Однако изотермия имеет относительный характер. Так, температура тканей, расположенных в пределах 2-3 см от поверхности тела (кожа, подкожная клетчатка, поверхностные мышцы), или оболочки, во многом зависит от температуры внешней среды, в то время как ядро тела (ЦНС, внутренние органы, скелетные мышцы) имеет сравнительно постоянную температуру, независимую от температуры окружающей среды. Ряд животных, например, летучая мышь, грызуны, некоторые виды птиц (колибри) относятся к группе гетеротермных организмов, т.е. они занимают промежуточное положение между пойкило- и гомойотермными животными. При нормальных условиях они поддерживают постоянную температуру своего тела, а при снижении температуры окружающей среды температура их тела снижается, и они впадают в спячку.

Методы термометрии

Термометрия – это измерение температуры в определённых точках тела. Наиболее распространено использование медицинских (максимальных) термометров. В научных исследованиях применяются электротермометры, которые имеют термощупы различной конструкции, что позволяет замерять температуру в различных участках тела. Термочувствительным звеном этих термометров является терморезистор. Для диагностики различных заболеваний используется метод термографии. При этом регистрируется инфракрасное излучение от поверхности тела человека двумя способами: 1) бесконтактным способом – с помощью термографов; 2) контактным способом – за счёт прикладывания к поверхности тела в исследуемой области плёнки или жидкокристаллической пасты. В норме каждая область поверхности тела даёт характерную термографическую картину. Например, на термограмме головы видны зоны более высокой температуры (над крупными кровеносными сосудами) и зоны низкой температуры. Температура разных участков ядра различна. Например, в печени – около 37,8-38°С, в мозге – 36,9-37,8°С. Лучше всего температуру ядра отражает температура крови в правом сердце. В покое температура крови в правом сердце составляет 36,6-37°С.

Температура тела человека

Температура тела – понятие условное, так как в разных частях тела она различна. Самым распространённым местом для измерения температуры является подмышечная впадина. У большинства людей температура в подмышечной впадине (аксиллярная температура) составляет 36,6-37°С. Однако, эта температура непостоянна и увеличивается после приёма пищи, а также после любой физической нагрузки. Поэтому в клинической практике часто используются показатели ректальной (базальной) температуры, которая объективно отражает температуру ядра человеческого тела. Она, а также температура в полости рта, выше аксиллярной на 0,5-0,8°С. У детей температуру тела можно измерять в паховой складке. Температура кожи человека на открытых поверхностях колеблется от 24,4°С до 34°С. На пальцах ног температура кожи самая низкая – 24,4°С, самая высокая температура на коже шеи – 34°С. Если человек купается в прохладной воде, то температура кожи стопы снижается до 16°С без каких-либо неприятных ощущений. У человека средняя температура крови, внутренних органов и ЦНС приближается к 37°С. Физиологический предел колебаний этой температуры составляет 1,5°С. Такая температура является оптимальной для функционирования большинства ферментов, контролирующих обмен веществ. Стабильный уровень температуры необходим не только для химических реакций, но и для различных физико-химических процессов, таких как вязкость, поверхностное натяжение, процессы набухания коллоидов и др. Температура влияет также на процессы возбуждения, сокращения, секреции, всасывания, анаболизма и катаболизма, защитные реакции клеток и т.д. Изменение температуры крови и внутренних органов у человека на 2-2,5°С от среднего уровня сопровождается нарушением физиологических функций. Температура тела выше 42°С и ниже 23˚С практически несовместима с жизнью человека. Существуют циркадианные (суточные) колебания температуры тела. Амплитуда этих колебаний достигает 1°С. Температура тела минимальна в 3- 4 часа утра, а максимальна – в 16-18 часов. Эти колебания идут параллельно с функциональными сдвигами процессов кровообращения, дыхания, пищеварения и др. и отражают суточные колебания жизнедеятельности организма, обусловленные биологическими ритмами. У женщин в связи с функционированием желтого тела в лютеиновую фазу менструального цикла температура ядра тела (и ректальная температура) примерно на 0,7°С выше, чем в фолликулиновую фазу цикла, однако женщиной это не ощущается. Таким образом, по уровню базальной температуры можно судить об овуляции. Известно явление асимметрии аксиллярной температуры. Она встречается примерно у 50% людей, причём в левой подмышечной впадине температура несколько выше, чем в правой. Асимметрия может наблюдаться и на других участках кожи. Превышение асимметрии на 0,5°С свидетельствует о патологии. Различия в температуре наблюдаются не только на разных участках тела, но даже в одном и том же органе. Разность между минимальным и максимальным значениями температуры называется температурным градиентом. Например, температура в мозге колеблется от 36,9 до 37,8°С. Температурная схема тела индивидуальна и относительно постоянна у каждого человека. В то же время она изменяется в различные периоды жизни, зависит от характера деятельности, от функционального состояния организма, от окружающей среды и т.д. Индивидуальность температурной схемы организма определяется следующими факторами: 1) генетические факторы, обеспечивающие индивидуальный обмен веществ; 2) воспитание; 3) привычки, зависящие от тренированности и закалённости; 4) характер одежды, позволяющий целенаправленно изменять температурную схему тела. Несмотря на генетическую детерминированность температурной схемы, она динамична и может меняться под влиянием экологических условий профессии, функционального состояния организма и др.

3. Механизмы теплопродукции и регуляция этого процесса. Роль отдельных органов в теплопродукции. Обмен веществ как источник образования тепла.

Под теплопродукцией, или химической терморегуляцией, понимают совокупность приспособительных процессов, направленных на поддержание температуры тела на оптимальном для метаболизма уровне путём изменения обменных процессов. Образование тепла в организме происходит непрерывно в процессе обмена веществ – экзотермических реакций катаболизма. Больше всего тепла образуется в мышцах – 60%, в печени – 30%, в остальных органах – 10%. Если температура воздуха меньше 18˚С, то обмен веществ увеличивается и автоматически повышается термогенез; если температура воздуха выше 25˚С, то обмен веществ уменьшается и автоматически снижается термогенез. При высокой температуре среды или соприкосновении человека с горячим физическим (или биологическим) телом часть тепла организм получает извне (экзогенное тепло). Помимо возможности получения тепла извне, в организме существуют механизмы термогенеза: 1) сократительный (мышечный) термогенез: – произвольный (произвольная активность локомоторного аппарата); – непроизвольный: а) терморегуляционный тонус; б) холодовая мышечная дрожь или непроизвольная ритмическая активность скелетных мышц; 2) несократительный (немышечный) термогенез (продукция тепла в результате активации гликолиза, гликогенолиза и липолиза): – в буром жире; – в скелетных мышцах; – в печени; – за счёт специфически динамического действия пищи.

Сократительный (мышечный) термогенез.

 В скелетных мышцах тепло образуется постоянно в связи с их антигравитационным тонусом. При мышечной работе накопленная в мышцах химическая энергия только на одну треть переходит в механическую работу, остальные две трети переходят в теплоту. При сокращении мышц возрастает гидролиз АТФ и поэтому возрастает поток вторичной теплоты, идущей на согревание тела. Таким образом, при увеличении мышечной работы происходит повышение теплопродукции, и температура тела повышается. Эмпирически человек знает, что в условиях низкой температуры среды необходимо двигаться. Произвольная мышечная активность, в основном, возникает под влиянием коры больших полушарий, в которую приходят сигналы от центра терморегуляции и возникает ощущение холодового дискомфорта. Поэтому в этих условиях реализуется терморегуляторное поведение (условнорефлекторные акты), возрастает произвольная двигательная активность. Чем она выше, тем выше теплопродукция. Например, ходьба увеличивает термогенез в 2 раза, бег – в 5 раз, а тяжёлая физическая работа – в 10 раз. Обычно при постепенном снижении температуры среды и температуры крови первой реакцией является увеличение терморегуляционного тонуса. Этот тонус является аналогом позднего мышечного тонуса и протекает на уровне отдельных моторных единиц по типу зубчатого тетануса с частотой 4-16 Гц. Так как сокращение разных моторных единиц протекает асинхронно, то создаётся впечатление тонического напряжения. С точки зрения механики сокращения терморегуляционный тонус представляет собой микровибрацию, при которой теплопродукция возрастает на 20-45% от исходного уровня. Обычно в создании терморегуляционного тонуса участвуют мышцы шеи, туловища и сгибателей конечностей, что определяет характерную позу человека, уменьшающую поверхность теплоотдачи. При резком охлаждении и при переохлаждении, когда начинает снижаться температура ядра тела, включается мышечная холодовая дрожь. Она начинается местными фибриллярными подёргиваниями мышцы, которые постепенно распространяются на её соседние участки. Мышечная дрожь представляет собой непроизвольную ритмическую залповую активность высокопороговых моторных единиц поверхностно расположенных мышц на фоне имеющегося терморегуляционного тонуса, в результате чего теплопродукция возрастает в 2-3 раза. Центральная регуляция мышечной дрожи осуществляется посредством центров гипоталамуса при участии стволовых структур, формирующих мышечный тонус. Частным случаем непроизвольного дрожательного мышечного термогенеза является пилороэрекция – сокращение мышц, поднимающих волоски кожи. У человека это проявляется возникающей на холоде «гусиной кожей». Этот механизм имеет большое значение для поддержания температуры тела у животных и птиц: при охлаждении подъём волосков (перьев, шерсти) увеличивает воздушную прослойку, в которой задерживается дополнительное количество воздуха. Он является плохим проводником тепла, в результате чего также снижается теплоотдача.

Несократительный (немышечный) термогенез.

 Немышечный термогенез осуществляется путём повышения интенсивности процессов окисления и снижения эффективности сопряжения окислительного фосфорилирования. Основными продуцентами тепла являются бурый жир, скелетные мышцы и печень. В отличие от белого жира, где в клетке имеется одна большая жировая капля, в клетках бурого жира она разбита на мелкие капли. В клетках бурой жировой ткани больше митохондрий, чем в клетках белой жировой ткани. Бурый цвет этой ткани обусловлен большим количеством железосодержащих пигментов – цитохромов, составляющих важную часть окислительной ферментативной системы митохондрий, поэтому скорость окисления здесь жирных кислот в 20 раз больше, чем в белом жире. При этом идёт свободное окисление без синтеза АТФ с единственной целью – образования тепла. Липолиз бурого жира протекает под влиянием симпатической нервной системы и катехоламинов. При холодовой адаптации (у жителей арктических зон) возрастает масса бурого жира, соответственно повышается его вклад в общую теплопродукцию. В скелетных мышцах повышение несократительного термогенеза связано с уменьшением эффективности окислительного фосфорилирования за счёт разобщения окисления и фосфорилирования. В печени происходит активация гликогенолиза с последующим окислением глюкозы. Регуляция процессов несократительного термогенеза осуществляется за счёт активации симпатической нервной системы и продукции гормонов щитовидной железы, которые разобщают окислительное фосфорилирование, а также гормонов мозгового слоя надпочечников – катехоламинов. В увеличении теплопродукции большое значение имеет процесс пищеварения, а именно специфически динамическое действие пищи. Оно заключается в повышении уровня основного обмена и соответственно температуры тела, что обусловлено поступлением пищи в организм. Это действие наиболее выражено у белков, далее идут углеводы, а затем жиры.

Факторы термогенеза.

 Практическое значение для согревания организма имеет введение тепла извне с горячей пищей и водой. Теплопродукция, определяемая скоростью метаболизма, зависит от следующих факторов: 1) индивидуальных особенностей организма (масса, рост, поверхность тела, пол, возраст); 2) температуры окружающей среды (при понижении температуры термогенез возрастает); 3) интенсивности мышечной работы; 4) характера питания (количество и качество пищи); 5) эмоционального состояния организма (в состоянии эмоционального возбуждения человек переносит большой холод); 6) кислородного обеспечения организма (недостаток кислорода увеличивает теплопродукцию); 7) интенсивности освещения (в темноте теплопродукция снижается); 8) степени ультрафиолетового облучения.