Реферат Теплообмен и регуляция температуры тела. Теплообмен и регуляция температуры тела
 Скачать 58.37 Kb.
|
|
Реферат ТЕПЛООБМЕН И РЕГУЛЯЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА СОДЕРЖАНИЕ Введение……………………………………………………………………………...3 Изотермия, нормальная температура у разных видов животных………………...5 Химическая терморегуляция………………………………………………………..8 Физическая терморегуляция…………………………………………………….....10 Регуляция изотермии………………………………………………………..……...13 Гипотермия и гипотермия…………………………………………….…………...15 Заключение……………………………………………………………...…………..17 Список литературы………………………………………………………………....18 Введение B процессе эволюции у сельскохозяйственных животных постоянно совершенствовались механизмы теплообразования и теплоотдачи, вырабатывались особенности терморегуляции в зависимости от вида, возраста, уровня продуктивности и пр. Системы, регулирующие температуру тела у позвоночных, формируются в ранней фазе филогенетического развития. Их постоянная оптимизация ведет к улучшению условий жизни животных и к адекватному развитию уровня обмена веществ. Постоянная температура тела у млекопитающих создала предпосылки для стабильного функционирования центральной нервной системы, а это обеспечило превосходство этой группы животных над другими видами живых существ. В этом смысле совершенствование температурной регуляции может рассматриваться как часть истории эволюции. Жизнь животных возможна только в ограниченном диапазоне температур. Падение температуры в клетке ниже 0°С ведет к замерзанию клеточной воды. Следствием кристаллизации воды являются функциональные изменения в клеточной мембране, кроме того выраженно тормозятся или угнетаются все биохимические реакции. Подъем температуры в клетках до значений от 44 до 45°С ведет к денатурации большинства белков, а это ведет к смерти животного. Несмотря на это, животные адаптировались и живут во всех климатических зонах земли. Это стало реальным, так как уже на ранних этапах эволюции сформировались системы, регулирующие температуру тела и позволяющие животным поддерживать оптимальные ее значения, отличающиеся от температуры окружающей среды и обеспечивающие протекание жизненно важных биохимических процессов в конкретных климатических условиях каждого биотопа. Все живущие в настоящее время виды животных могут более или менее хорошо регулировать температуру своего тела. Это стало возможным благодаря образованию в процессе отбора высокоэффективных систем, регулирующих температуру, значение которых чрезвычайно высоко для процессов эволюции, поскольку температура тела, отклоняясь от оптимума, способна оказывать выраженное влияние на жизненно важные процессы. Так, интервал генерации новых поколений составляет у коли-бактерий (Escherichia coli) при температуре около 13°С более трех с половиной часов, а при температуре в 45°С менее 20 минут. Постоянная температура тела предоставляет организму два очевидных преимущества. Она обеспечивает стабильное протекание всех обменных процессов и гарантирует, что биохимические реакции могут управляться за счет изменения концентрации субстратов (без соответствующего влияния температурных условий). Очевидные биологические преимущества эффекторных систем, регулирующих температуру, так значительны, что допускают даже увеличение затрат энергии в рамках этой регуляции. Изотермия, нормальная температура у разных видов животных Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды. Это постоянство температуры тела носит название изотермии. Изотермия свойственна только так называемым гомойотермным, или теплокровным, животным. Изотермия отсутствует у пойкилотермных, или холоднокровных, животных, температура тела которых переменна и мало отличается от температуры окружающей среды. Изотермия в процессе онтогенеза развивается постепенно. У новорожденного щенка способность поддерживать постоянство температуры тела далеко не совершенна. Вследствие этого может наступать охлаждение (гипотермия) или перегревание (гипертермия) организма при таких температурах окружающей среды, которые не оказывают влияния на взрослого человека. Температура органов и тканей, как и всего организма в целом, зависит от интенсивности образования тепла и величины теплопотерь. Теплообразование 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 количество тепла, чем в менее активных — соединительной ткани, костях, хрящах. Потеря тепла органами и тканями зависит в большой степени от их месторасположения: поверхностно расположенные органы, например кожа, скелетные мышцы, отдают больше тепла и охлаждаются сильнее, чем внутренние органы, более защищенные от охлаждения. В организме принято различать «ядро», температура которого сохраняется достаточно постоянной, и «оболочку», температура которой существенно колеблется в зависимости от температуры внешней среды. При этом область «ядра» сильно уменьшается при низкой внешней температуре и, наоборот, увеличивается при относительно высокой температуре окружающей среды. Поэтому справедливо говорить о том, что изотермия присуща главным образом внутренним органам и головному мозгу. Поверхность же тела и конечности, температура которых может изменяться в зависимости от температуры окружающей среды, являются в определенной мере пойкилотермными. Температура конечностей ниже, чем остальной, причем она наиболее низкая в дистальных отделах. Из сказанного следует, что понятие «постоянная температура тела» является условным. Лучше всего среднюю температуру организма как целого характеризует температура крови в полостях сердца и в наиболее крупных сосудах, так как циркулирующая в них кровь нагревается в активных тканях (тем самым охлаждая их) и охлаждается в коже (одновременно согревая ее). У животных температуру меряют в прямой кишке, т.е. ректально.  температура тело животное терморегуляция Температура тела не остается постоянной, а колеблется в течение суток в пределах 0,5—0,7 °С. Покой и сон понижают, мышечная деятельность повышает температуру тела. Максимальная температура наблюдается в 16—18 ч вечера, минимальная — в 3—4 ч утра. У ночных животных колебания температуры могут быть обратными.  Постоянство температуры тела может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма. Это достигается с помощью физиологических механизмов терморегуляции. Терморегуляция проявляется в форме взаимосочетания процессов теплообразования и теплоотдачи, регулируемых нейроэндокринными механизмами. Терморегуляцию принято разделять на химическую и физическую. Химическая терморегуляция осуществляется путем изменения уровня теплообразования, т. е. усиления или ослабления интенсивности обмена веществ в клетках организма. Физическая терморегуляция осуществляется путем изменения интенсивности отдачи тепла. Химическая терморегуляция Усиление теплообразования вследствие увеличения интенсивности обмена веществ отмечается, в частности, тогда, когда температура окружающей среды становится ниже оптимальной температуры, или зоны комфорта. Для каждого вида животного эта зона индивидуальна. Оптимальная температура во время пребывания в воде выше, чем на воздухе. Это обусловлено тем, что вода, обладающая высокой теплоемкостью и теплопроводностью, охлаждает тело в 14 раз сильнее, чем воздух, поэтому в прохладной ванне обмен веществ повышается значительно больше, чем во время пребывания на воздухе при той же температуре. Наиболее интенсивное теплообразование в организме происходит в мышцах. Небольшая двигательная активность ведет к увеличению теплообразования на 50—80 %, а тяжелая мышечная работа — на 400— 500 %. В условиях холода теплообразование в мышцах увеличивается, даже если животное находится в неподвижном состоянии. Это обусловлено тем, что охлаждение поверхности тела, действуя на рецепторы, воспринимающие холодовое раздражение, рефлекторно возбуждает беспорядочные непроизвольные сокращения мышц, проявляющиеся в виде дрожи (озноб). Если животное дрожит, у него поднимается температура. При этом обменные процессы организма значительно усиливаются, увеличивается потребление кислорода и углеводов мышечной тканью, что и влечет за собой повышение теплообразования. Если в организм введены миорелаксанты — вещества, нарушающие передачу нервных импульсов с нерва на мышцу и тем самым устраняющие рефлекторную мышечную дрожь, при повышении температуры окружающей среды гораздо быстрее наступает понижение температуры тела. Данный процесс очень сильно проявляется у мелких животных при проведении операций. В химической терморегуляции значительную роль играют также печень и почки. Температура крови печеночной вены выше температуры крови печеночной артерии, что указывает на интенсивное теплообразование в этом органе. При охлаждении тела теплопродукция в печени возрастает. Также органом, играющим большую роль в теплообразовании, является рубец жвачных, вследствие наличия большого объема биохимических реакций температура в нем достигает 41 гр. Физическая терморегуляция Физическая терморегуляция осуществляется путем изменений отдачи тепла организмом. Теплоотдача осуществляется путем теплоизлучения (радиационная теплоотдача), и конвекции, т. е. движения и перемещения нагреваемого теплом воздуха, Теплопроведения, т. е. отдачи тепла веществам, непосредственно соприкасающимся с поверхностью тела, При испарении воды с поверхности кожи и легких, языка. Радиация, испарение и конвекция протекают с различной интенсивностью в зависимости от температуры окружающей среды. При повышении температуры окружающей среды до 35 °С теплоотдача с помощью радиации и конвекции становится невозможной, и температура тела поддерживается на постоянном уровне исключительно с помощью испарения воды с поверхности кожи и альвеол легких. Характер отдачи тепла телом изменяется в зависимости от интенсивности обмена веществ. При увеличении теплообразования в результате мышечной работы возрастает значение теплоотдачи, осуществляемой с помощью испарения воды. Мех и шерстный покров уменьшает теплоотдачу. Потере тепла препятствует тот слой неподвижного воздуха, который находится между отдельных волосков. Теплоизолирующие свойства шести выше при наличии хорошо развитого подшерстка. Этим объясняются хорошие теплоизолирующие свойства шерстяной и меховой одежды. В значительной степени препятствует теплоотдаче слой подкожной основы (жировой клетчатки) вследствие малой теплопроводности жира. Температура кожи, а, следовательно, интенсивность теплоизлучения и теплопроведения могут изменяться в результате перераспределения крови в сосудах и при изменении объема циркулирующей крови. На холоде кровеносные сосуды кожи, главным образом артериолы, сужаются: большее количество крови поступает в сосуды брюшной полости, и тем самым ограничивается теплоотдача. Поверхностные слои кожи, получая меньше теплой крови, излучают меньше тепла — теплоотдача уменьшается. При сильном охлаждении кожи, кроме того, происходит открытие артериовенозных анастомозов, что уменьшает количество крови, поступающей в капилляры, и тем самым препятствует теплоотдаче. Перераспределение крови, происходящее на холоде, — уменьшение количества крови, циркулирующей через поверхностные сосуды, и увеличение количества крови, проходящей через сосуды внутренних органов, способствует сохранению тепла во внутренних органах. Эти факты служат основанием для утверждения, что регулируемым параметром является именно температура внутренних органов («ядра»), которая поддерживается на постоянном уровне. При повышении температуры окружающей среды сосуды кожи расширяются, количество циркулирующей в них крови увеличивается. Возрастает также объем циркулирующей крови во всем организме вследствие перехода воды из тканей в сосуды, а также потому, что селезенка и другие кровяные депо выбрасывают в общий кровоток дополнительное количество крови. Увеличение количества крови, циркулирующей через сосуды поверхности тела, способствует теплоотдаче с помощью радиации и конвекции. Испарение воды зависит от относительной влажности воздуха. В насыщенном водяными парами воздухе вода испаряться не может. Поэтому при высокой влажности атмосферного воздуха высокая температура переносится тяжелее, чем при низкой влажности. В насыщенном водяными парами воздухе пот выделяется в большом количества, но не испаряется и стекает с кожи. Такое потоотделение не способствует отдаче тепла: только та часть пота, которая испаряется с поверхности кожи, имеет значение для теплоотдачи (эта часть пота составляет эффективное потоотделение). Так как некоторая часть воды испаряется легкими в виде паров, насыщающих выдыхаемый воздух, дыхание также участвует в поддержании температуры тела на постоянном уровне. При высокой окружающей температуре дыхательный центр рефлекторно возбуждается, при низкой — угнетается, дыхание становится менее глубоким. К проявлениям физической терморегуляции следует отнести также изменение положения тела. Когда собаке или кошке холодно, они сворачиваются в клубок, уменьшая тем самым поверхность теплоотдачи; когда жарко, животные, наоборот, принимают положение, при котором поверхность теплоотдачи максимально возрастает. У животных в холодное время года происходит так называемое нахоливание - сокращение кожных мышц, этой реакции изменяется ячеистость шерстяного покрова и улучшается теплоизолирующая роль шерсти. Регуляция изотермии Регуляторные реакции, обеспечивающие сохранение постоянства температуры тела, представляют собой сложные рефлекторные акты, которые возникают в ответ на температурное раздражение рецепторов кожи, кожных и подкожных сосудов, а также самой ЦНС. Эти рецепторы, воспринимающие холод и тепло, названы терморецепторами. При относительно постоянной температуре окружающей среды от рецепторов в ЦНС поступают ритмичные импульсы, отражающие их тоническую активность. При резком охлаждении кожи частота импульсации в Холодовых рецепторах возрастает, а при быстром согревании урежается или прекращается. На такие же перепады температуры тепловые рецепторы реагируют прямо противоположно. Тепловые и холодовые рецепторы ЦНС реагируют на изменение температуры крови, притекающей к нервным центрам. Участие гипоталамуса в терморегуляции обеспечивает взаимодействие восприятия сигналов об изменении температуры окружающей и внутренней среды. Именно в гипоталамусе расположены основные центры терморегуляции, которые координируют многочисленные и сложные процессы, обеспечивающие сохранение температуры тела на постоянном уровне. Это доказывается тем, что разрушение гипоталамуса влечет за собой потерю способности регулировать температуру тела и делает животное пойкилотермным, в то время как удаление коры большого мозга, полосатого тела и зрительных бугров заметно не отражается на процессах теплообразования и теплоотдачи. При изучении роли различных участков гипоталамуса в терморегуляции обнаружены ядра, изменяющие процесс теплообразования, и ядра, влияющие на теплоотдачу. Терморегуляторные рефлексы могут осуществляться и спинным мозгом. Охлаждение спинного мозга животного, у которого этот отдел ЦНС отделен от вышележащих отделов перерезкой, вызывает мышечную дрожь и сужение периферических сосудов. Значение спинного мозга в терморегуляции состоит не только в том, что он является проводником сигналов, идущих от периферических рецепторов к головному мозгу, и влияний, поступающих от головного мозга к мышцам, сосудам и потовым железам, но и в том, что в спинном мозге находятся центры некоторых терморегуляторных рефлексов, имеющих, правда, несколько ограниченное регуляторное значение. Несмотря на то, что удаление коры большого мозга заметно не отражается на процессах теплообразования и теплоотдачи, неправомерно делать вывод, что это образование не влияет на тепловой обмен. Эксперименты на животных и наблюдения на людях показали возможность условно рефлекторных изменений теплопродукции и теплоотдачи, которые осуществляются корой большого мозга. В осуществлении гипоталамической регуляции температуры тела участвуют железы внутренней секреции, главным образом щитовидная и надпочечники. Участие щитовидной железы в терморегуляции доказывается тем, что введение в кровь животного сыворотки крови другого животного, которое длительное время находилось на холоде, вызывает у первого повышение обмена веществ. Такой эффект наблюдается лишь при сохранении у второго животного щитовидной железы. Очевидно, во время пребывания в условиях охлаждения происходит усиленное выделение в кровь гормона щитовидной железы, повышающего обмен веществ и, следовательно, образование тепла. Участие надпочечников в терморегуляции обусловлено выделением ими в кровь адреналина, который, усиливая окислительные процессы в тканях, в частности в мышцах, повышает теплообразование и суживает кожные сосуды, уменьшая теплоотдачу. Поэтому адреналин способен вызывать повышение температуры тела (адреналиновая гипертермия). Гипотермия и гипертермия Если организм длительное время находится в условиях значительно повышенной или пониженной температуры окружающей среды, то механизмы физической и химической регуляции тепла, благодаря которым в обычных условиях сохраняется постоянство температуре тела, могут оказаться недостаточными: происходит переохлаждение тела — гипотермия, или перегревание — гипертермия. Гипотермия — состояние, при котором температура тела ниже 36°С. Быстрее всего гипотермия возникает при погружении в холодную воду. В этом случае вначале наблюдается возбуждение симпатической части автономной нервной системы и рефлекторно ограничивается теплоотдача и усиливается теплопродукция. Последнему способствует сокращение мышц — мышечная дрожь. Через некоторое время температура тела все же начинает снижаться. При этом наблюдается состояние, подобное наркозу: исчезновение чувствительности, ослабление рефлекторных реакций, понижение возбудимости нервных центров. Резко понижается интенсивность обмена веществ, замедляется дыхание, урежаются сердечные сокращения, снижается сердечный выброс, понижается артериальное давление. В последние годы искусственно создаваемая гипотермия с охлаждением тела до 24—28 °С применяется на практике в хирургических клиниках, осуществляющих операции на сердце и ЦНС человека. Смысл этого мероприятия состоит в том, что гипотермия значительно снижает обмен веществ головного мозга, а следовательно, потребность этого органа в кислороде. В результате становится переносимым более длительное обескровливание мозга (вместо 3—5 мин при нормальной температуре до 15—20 мин при 25— 28 °С), а это означает, что при гипотермии больные легче переносят временное выключение сердечной деятельности и остановку дыхания. Гипотермию прекращают путем быстрого согревания тела. Гипертермия — состояние, при котором температура тела поднимается выше 39,5 °С. Она возникает при продолжительном действии высокой температуры окружающей среды, особенно при влажном воздухе, и, следовательно, небольшом эффективном потоотделении. Гипертермия может возникать и под влиянием некоторых эндогенных факторов, усиливающих в организме теплообразование (тироксин, жирные кислоты и др.). Резкая гипертермия, при которой температура тела достигает 40—41 °С, сопровождается тяжелым общим состоянием организма и носит название теплового удара. От гипертермии следует отличать такое изменение температуры, когда внешние условия не изменены, но нарушается собственно процесс терморегуляции. Примером такого нарушения может служить инфекционная лихорадка. Одной из причин ее возникновения является высокая чувствительность гипоталамических центров регуляции теплообмена к некоторым химическим соединениям, в частности к бактерийным токсинам. Введение непосредственно в область переднего гипоталамуса минимального количества бактерийного токсина сопровождается многочасовым повышением температуры тела. Заключение Таким образом, можно сказать о важности теплообмена и терморегуляции у животных. Способность к терморегуляции — важнейший гомеостатический механизм, он во многом определяет границы расселения и выживания животных данного вида в различных климатических условиях. Млекопитающие и птицы обладают способностью регулировать температуру своего тела, поддерживая ее на постоянном уровне, а у рыб, земноводных, пресмыкающихся и всех беспозвоночных температура тела определяется температурой среды. Животных разделяют на две группы: пойкилотермные (холоднокровные), чья температура тела изменяется в зависимости от изменений температуры окружающей среды; гомойотермные (теплокровные), способные поддерживать стабильную температуру тела за счет высокого уровня энергообмена и обладающие специальными механизмами теплопродукции и теплоотдачи. Терморегуляция — физиологическая функция, направленная на обеспечение оптимальной для данного вида температуры глубоких областей тела несмотря на колебания температуры окружающей среды. Теплоотдача — процесс выделения теплоты из организма. Осуществляется благодаря следующим механизмам: теплоизлучение — рассеивание теплоты в воздух и конвекция за счет нагревания слоя воздуха, окружающего тело животного; тепло- проведение— передача теплоты от тела животного к окружающим предметам (стены, пол); выделение теплоты из организма при испарении пота и слюны, а также с выдыхаемым воздухом, мочой, калом и молоком. Список литературы В.Г. Скопичев, Т.А. Эйсымонт, «Физиология животных и энтология» М.:КолосС, 2003г. Иванов К.П. Основы энергетики организма. Т.1. Общая энергетика, теплообмен и терморегуляция. - Л.: Наука, 1990. - 307с. Общий курс физиологии человека и животных / под ред А. Д. Ноздрачева. М., 1991. кн. Основы физиологии / под ред. П. Стерки. М., 1984. Слоним А. Д. Эволюция терморегуляции. Спб., 2005. Физиология терморегуляции / К.П. Иванов, О.П. Минут-Сорохтина, Е.В. Майстрах и др. В серии «Руководство по физиологии». – Л.: Наука, 1984. – 470 с. |