Терморегуляция в организме.

Сосудо-двигательный центр.

Другим жизненно важным центром ретикулярной формации продолговатого мозга является сосудодвигательный центр, локализация которого впервые была определена Ф. В. Овсянниковым (1871). Сосудодвигательный, или вазомоторный, центр занимает обширную область продолговатого мозга, простираясь в дорсолатеральном направлении от дна IV желудочка до пирамид. Перерезка спинного мозга на уровне шейных позвонков вызывает у спинальных животных резкое снижение сосудистого тонуса и нарушение регуляторных реакций, связанных с изменением просвета вен и артерий.

Локальная стимуляция ростральных частей сосудодвигательного центра вызывает увеличение сосудистого тонуса, повышение кровяного давления и тахикардию. Стимуляция каудального отдела сосудистого центра, напротив, вызывает расширение сосудов, падение кровяного давления и брадикардию.

Микроэлектродная регистрация электрической активности одиночных нейронов сосудистого центра показала наличие нервных клеток, изменяющих свою фоновую активность синхронно с флуктуациями артериального давления. Среди них можно выделить нейроны, частота разрядов которых возрастает при повышении артериального давления, нейроны, частота фоновой активности которых, напротив, снижается при увеличении артериального давления, и, наконец, нейроны, частота импульсации которых меняется в соответствии с рабочим циклом сердца. Свойства нейронов сосудистого центра менее изучены, чем у нейронов дыхательного центра. Пока неясно, можно ли дифференцировать сосудодвигательные нейроны на «сосудосуживающие» и «сосудорасширяющие». Нерешенным остается также вопрос о наличии тормозного взаимодействия между нейронами сосудодвигательного центра.

Функциональная организация сосудодвигательного центра имеет определенную специфику в плане проекций его нисходящих путей. Эфферентные волокна от его нейронов спускаются в грудной отдел спинного мозга, но заканчиваются там не на мотонейронах, как в случае нисходящих систем дыхательного центра, а на преганглионарных нейронах симпатической нервной системы.

Таким образом, сосудистый тонус регулируется не антагонистическими нисходящими воздействиями, а только одной симпатической сосудосуживающей системой. Активное состояние этой системы вызывает вазоконстрикцию, а торможение — вазодилатацию. Исключение из этого принципа составляют только некоторые сосуды, имеющие двойную иннервацию — симпатическую и парасимпатическую (сосуды половых органов и слюнных желез).

Рефлекторные влияния на нейроны сосудодвигательного центра осуществляются при возбуждении хемо— и механорецепторов, локализованных в сосудистой стенке. Афферентные волокна от этих рецепторов в составе блуждающего и языкоглоточного нервов достигают продолговатого мозга. Возбуждение механорецепторов дуги аорты, каротидного синуса при повышении артериального давления вызывает торможение активности сосудодвигательного центра и, как следствие, рефлекторное снижение сосудистого тонуса (рефлексы Людвига—Циона, Геринга, Бейнбриджа). Напротив, при повышении давления в системе полых вен наблюдается усиление активности сосудистого центра и вазоконстрикторный эффект. Тонус сосудистого центра может изменяться и При возбуждении хеморецепторов сосудистой стенки, возникающем при изменениях химического состава крови.

Следует отметить, что деятельность сосудодвигательного центра сочетается с функцией моторного ядра блуждающего нерва — двойного ядра, снижающего в норме частоту сердечных сокращений. В связи с этим при вазоконстрикторном эффекте одновременно увеличивается частота сердечных сокращений и, наоборот, при вазодилатации наблюдается замедление сердечной ритмики

 

Терморегуляция в организме.

Гомойотермные - группа организмов, включающая и человека, температура тела которых сохраняется на постоянном уровне, значительно превышающем температуру окружающей среды, благодаря интенсивной выработке тепла, регулируемой специальными механизмами (или теплокровные). Для организмов второй группы (к которой относятся, например, рыбы и земноводные) характерна значительно более низкая интенсивность теплопродукции; температура тела у них лишь незначительно превышает температуру окружающей среды и претерпевает колебания в соответствии с последней (пойкилотермные, или холоднокровные, организмы).
Выработка тепла (теплопродукция) н температура тела. Все протекающие в живом организме химические реакции, включая процессы обмена веществ, зависят от температуры. У пойкилотермных животных интенсивность процессов превращения энергии в них возрастает пропорционально внешней температуре в соответствии с правилом Вант-Гоффа. Это правило применимо и по отношению к гомойотермным животным, однако у них данная зависимость замаскирована другими эффектами. Если интактный гомойотермный организм охлаждать (начиная с комфортной температуры окружающей среды в термонейтральной зоне; см. с. 668), интенсивность протекающих в нем процессов энергетического обмена и, следовательно, выработка тепла возрастают, предотвращая понижение температуры тела.

Рис. 25.1.Взаимосвязь между температурой тела и интенсивностью обмена веществ у гомойотермных организмов (по данным экспериментов на собаке). Верхняя кривая-в условиях функционирования терморегуляции интенсивность обмена веществ при понижении температуры сначала резко возрастает, достигая максимума, а затем снижается в соответствии с правилом Вант-Гоффа. Нижняя кривая при блокировании терморегуляции с помощью глубокого наркоза интенсивность обменных процессов подчиняется правилу ВантГоффа с самого начала охлаждения. Разница между двумя кривыми соответствует регуляторному термогенезу. Объяснение см. в тексте (по [21])

Соотношение между скоростями реакций при температурах, различающихся на 10 ^oС, называется коэффициентом Q₁₀. Анализ нисходящих отрезков кривых на рис. 23.1 показывает, что Q₁₀ для интенсивности обменных процессов лежит между 2 и 3. Таким образом, наркоз при одновременном понижении температуры тела может приводить к весьма заметному уменьшению потребления О₂ и, следовательно, обеспечивать соответствующую задержку структурных нарушений.
Теплопродукция и размеры тела. Процессы служащие источником тепла: основной обмен, поддержание позы, Холодовой мышечный тонус, двигательная активность, холодовая дрожь.Температура тела у большинства теплокровных млекопитающих находится в диапазоне от 36 до 39 °С, несмотря на значительные различия в размерах тела в рассматриваемой группе животных - от мыши, с одной стороны, до слона и кита-с другой. В противоположность этому интенсивность метаболизма (М) зависит от массы тела (m) как ее показательная функция М = kmⁿ. (1) В двойных логарифмических координатах это соотношение представлено прямой log M = к' + n logm. (2)
Величина M/m⁰·⁷⁵ одна и та же для мыши и для слона, хотя у мыши Μ на 1 кг массы тела значительно больше, чем у слона. Этот так называемый закон снижения интенсивности обмена веществ [8] в зависимости от массы тела отражает то, что теплопродукция имеет тенденцию соответствовать интенсивности теплоотдачи в окружающее пространство.
Терморегуляторный термогенез. Когда для поддержания постоянства температуры тела требуется дополнительное тепло, оно может быть выработано следующими способами:
1) за счет произвольной активности локомоторного аппарата;

2)за счет непроизвольной тонической или ритмической мышечной активности: последняя соответствует известному феномену дрожи, вызванной холодом;

3)за счет ускорения обменных процессов, не связанных с сокращением мышц; эта форма выработки тепла называется недрожательным термогенезом.

Рис. 25.2.Взаимосвязь между интенсивностью обмена веществ и массой тела, представленных в двойных логарифмических координатах. Прямая с показателем угла наклона n = 0,75 наиболее соответствует экспериментальным данным. Прямая с n = 1 отражает пропорциональность между интенсивностью обменных процессов и массой тела. Соответственно прямая с η = 0,67 отражает пропорциональность между интенсивностью обменных процессов и площадью поверхности тела (по [21] с изменениями)

 

Температура тела н тепловой баланс. Если необходимо поддерживать температуру тела на постоянном уровне, должно быть достигнуто устойчивое температурное равновесие: теплопродукция должна равняться теплоотдаче. На рис. 25.4 показаны возможные способы поддержания постоянства температуры тела при изменениях температуры окружающей среды. Эти положения основаны на законе охлаждения Ньютона, согласно которому отданное телом тепло (более строго - «сухая» теплоотдача, т. е. все отданное тепло минус потери тепла, связанные с испарением) пропорционально разности температур между внутренней частью тела и окружающим пространством. У человека при температуре окружающей среды 37 °С теплоотдача будет равна нулю, а при охлаждении внешней среды она будет возрастать. Однако теплоотдача зависит также от проведения тепла и его конвекции внутри организма, а также от периферического кровотока. В соответствии с этим можно графически изобразить две кривые теплоотдачи — одну для случая расширения периферических сосудов (вазодилатации) и другую для случая их сужения (вазоконстрикции). Термогенез, связанный с обменом веществ в условиях покоя, находится в равновесии с процессами теплоотдачи в диапазоне температур, отмеченном на графике как Т₂-Т₃, если кожный кровоток постепенно снижается по мере уменьшения температуры от Т₃ до Т₂. При окружающей температуре ниже Т₂ постоянство температуры тела может поддерживаться только в том случае, если регуляторные механизмы обеспечивают усиление термогенеза пропорционально потерям тепла. Наибольшая выработка тепла, обеспечиваемая этими механизмами, у человека соответствует уровню метаболизма, в 3-5 раз превышающему интенсивность основного обмена; этот показатель характеризует нижнюю границу диапазона терморегуляции, Τ₁ (абсолютные значения приведены на рис. 25.5). В случае выхода за эту границу развивается гипотермия и в конечном счете может наступить холодовая смерть.

 

Рис. 25.4.Схема, иллюстрирующая температурный баланс. В диапазоне температур T1-T4 (зона нормотермии) выработка тепла равна теплоотдаче. При температуре среды ниже Т, организм отдает больше тепла, чем вырабатывает (гипотермия). При температуре среды выше Т4 выработка и прирост тепла превышают способности организма освобождаться от тепла с помощью испарения (гипертермия). В диапазоне Т2-Т3 (термонейтральная зона) равновесие между теплоотдачей и теплопродукцией может быть установлено за счет вазомоторных реакций. Объяснение см. в тексте

При температуре окружающей среды выше Т₃ температурное равновесие могло бы сохраняться за
счет ослабления интенсивности обменных процессов. На самом деле, температурный баланс устанавливается за счет дополнительного механизма теплоотдачи -испарения выделяющегося пота. Температура Т₄ означает верхнюю границу диапазона терморегуляции, которая определяется максимальной интенсивностью выделения пота. При температуре среды выше Т₄ возникает гипертермия, и в ре^: зультате может наступить тепловая смерть (абсолютные значения приведены на рис. 25.8). Температурный диапазон Т₂-Т₃, в пределах которого температура организма может поддерживаться на постоянном уровне без участия дополнительных механизмов теплопродукции или потоотделения, называется термонейтральной зоной (см. рис. 25.15). В этом диапазоне интенсивность метаболизма и теплопродукция по определению минимальны. При значениях температуры выше Т₃ интенсивность метаболизма будет несколько увеличиваться, что обусловлено эффектом температурного коэффициента Q₁₀ (см. выше), связанным с небольшим повышением температуры тела (такая ошибка характерна для пропорциональной системы регуляции), а также увеличением энергозатрат на кровообращение и дыхание. Измерения этого ответа организма дают противоречивые результаты, поэтому пока нет возможности привести для него количественные данные.

Рис. 25.5. Температура различных областей тела человека в условиях холода (А) и тепла (Б)
Рис. 25.7. Температура тепа, теплопродукция (огибающая линия) и теплоотдача (столбики) в условиях покоя и при физической нагрузке. Столбики разделены следующим образом: нижняя часть-теплоотдача путем излучения, средняя часть-теплоотдача путем конвекции, верхняя часть-теплоотдача путем испарения (без учета теплоотдачи за счет проведения) (по

Теплоотдача. В стационарных условиях покоя, характеризующихся постоянством средней температуры тела, интенсивность метаболизма (М) должна быть равна скорости переноса тепла от внутренней области тела к поверхностному слою - внутренний лоток тепла (Н_вн)-и скорости переноса тепла от поверхности тела в окружающее пространство - наружный поток тепла (Н_нвр): Μ = Н_вн = Н_нар. (3)

Внутренний поток тепла

Внутренний поток тепла Н_вн, как показывает уравнение 4, пропорционален разности между внутренней температурой Т_вн и средней кожной температурой T_кожн; он определяется также теплопроводностью С, величина которой зависит от скорости кровотока в коже и конечностях: Н_ВН = С(Т_ВН -T_кожн) · A, (4)
где А - это площадь поверхности тела. У взрослого человека теплопроводность может меняться со скоростью кровотока в 4-7 раз в зависимости от толщины поверхностного слоя тела и от подкожной жировой прослойки [4, 5]. Величина, обратная С, 1/С = Ι_Т, называется термосопротивлением, или тепловой изоляцией.
Наружный поток тепла

Для того чтобы количественно оценить наружный тепловой поток, а также влияние, которое оказывают на него внешние факторы, необходимо отдельно рассмотреть его компоненты [5, 14]. Этими компонентами служат слагаемые теплоотдачи: проведение тепла Н_п, конвекция Н_к, излучение Н_изл и испарение Н_НСН. Общий поток тепла определяется суммой этих компонентов: Н_нар = Н_п + Н_к + Н_нсп. (5)
Перенос тепла путем проведения происходит, когда тело соприкасается (в положении стоя, сидя или лежа) с плотным субстратом. Величина потока проводимого тепла определяется температурой и теплопроводностью прилежащего субстрата. Из тех частей поверхности тела, которые соприкасаются с воздухом, перенос тепла осуществляется путем излучения, конвекции и испарения.
Перенос тепла путем конвекции. Если кожа теплее окружающего воздуха, прилегающий к ней слой воздуха нагревается, поднимается и замещается более холодным и плотным воздухом.
Перенос тепла (в ваттах) путем конвекции описывается уравнением (6). Определяющими факторами этого процесса служат разность между средней температурой кожи Т_кож„ и температурой окружающего воздуха Т_окр, эффективная площадь поверхности А (которая оказывается меньше геометрической площади поверхности тела, поскольку некоторые поверхности соприкасаются между собой) и коэффициент конвективного переноса тепла h_к, величина которого пропорциональна квадратному корню из скорости обдувающего воздуха: Н_к = h_к(Т_кожн -Т_окр) · А. (6)
Перенос тепла путем излучения. Теплоотдача в виде длинноволнового инфракрасного излучения, испускаемого кожей (в нем не принимает участия проводящая среда), точно описывается уравнением Стефана-Больцмана (см. учебники физики), т.е. излучение является функцией четвертой степени от абсолютной температуры. Для небольшого диапазона температур, представляющего интерес в биологии, перенос тепла за счет излучения Н_изл может быть описан с достаточной точностью при помощи линейного уравнения Н_изл = h_нзл (Т _кожн — Т_изл) · А, (./), где Т_кожн-средняя температура кожи, Т_изл - средняя температура излучения (температура окружающих поверхностей, например стен комнаты), А - эффективная площадь поверхности тела и h_изл - коэффициент переноса тепла за счет излучения. Значение температуры окружающих поверхностей можно проиллюстрировать с помощью ладони, поднесенной близко к лицу,-у испытуемого сразу возникает ощущение тепла в области лица в результате ослабления теплоотдачи, происходящей путем излучения.
Перенос тепла путем конвекции и излучения часто объединяют и называют «сухой» теплоотдачей. В этом случае значение температуры окружающей среды представляет собой оперативную температуру -взвешенное среднее между температурами воздуха и излучения.
Перенос тепла путем испарения. Около 20% теплоотдачи тела человека в условиях нейтральной температуры (см. рис. 25.7) осуществляется за счет испарения воды с поверхности кожи или со слизистой оболочки, выстилающей дыхательные пути. Перенос тепла из кожи путем испарения описывается следующим уравнением: Н_исп = h_исп · (Р_кожн — Р_окр) · А, (8)
где Р_кожн„ и Р_окр- давление водяного пара соответственно на коже (среднее значение) и в окружающем воздухе, a h_исп- коэффициент переноса тепла путем испарения. Величина h_исп варьирует в зависимости от очертаний поверхности кожи, атмосферного давления и скорости обдувающего воздуха.
Потерю воды за счет диффузии ее через кожу и слизистую оболочку называют неощущаемой или внежелезистой потерей в отличие от железистой потери воды в результате функции потовых желез. Только последний механизм находится под контролем системы терморегуляции и оказывает существенное влияние на общее количество переносимого тепла. Когда температура окружающей среды превышает температуру тела, теплоотдача может осуществляться только путем испарения. Эффективность потоотделения для процесса терморегуляции основана на поглощении большого количества тепла испаряющейся водой, 2400 кДж на 1 л. Путем испарения 1 л воды организм человека может отдать треть всего тепла, выработанного в условиях покоя за целый день.

Факторы окружающей среды и температурный комфорт
Из всего изложенного ясно, что влияние непосредственного окружения на организм человека определяется по крайней мере четырьмя физическими факторами: температурой воздуха, давлением водяного пара в воздухе (влажностью), температурой излучения и скоростью движения воздуха (ветра). От этих факторов зависит, ощущает ли испытуемый «температурный комфорт» или ему слишком жарко либо холодно. Условие комфорта состоит в том, чтобы организм не нуждался в работе механизмов терморегуляции-т. е. ему не требовалось бы ни дрожи, ни выделения пота-и кровоток в периферических органах мог сохранять промежуточную скорость. Это условие соответствует термоиейтральной зоне.

Тепловой баланс организма

Уравнение теплового баланса: ОО + РП = К + R + С + Е, ОО – основной обмен, РП – рабочая прибавка, величина на которую возрастает скорость метаболизма при выполнении мышцами какой-либо работы, К – теплопроведение, R – излучение, С –конвекция, Е – испарение.
78. Гормоны, их химическая природа и основные свойства.

Гормоны - это биологически высокоактивные вещества, синтезирующиеся и выделяющиеся во внутреннюю среду организма эндокринными железами, или железами внутренней секреции, и оказывающие регулирующее влияние на функции удаленных от места их секреции органов и систем организма.

Химическая природа гормонов и биологически активных веществ различна. От сложности строения гормона зависит продолжительность его биологического действия, например, от долей секунды у медиаторов и пептидов до часов и суток у стероидных гормонов и йодтиронинов. Анализ химической структуры и физико-химических свойств гормонов помогает понять механизмы их действия, разрабатывать методы их определения в биологических жидкостях и осуществлять их синтез.

Классификация гормонов по химической структуре:

1. Производные аминокислот: производные тирозина: тироксин, трийодтиронин, дофамин, адреналин, норадреналин; производные триптофана: мелатонин, серотонин; производные гистидина: гистамин.

2. Белково-пептидные гормоны: полипептиды: глюкагон, кортикотропин, меланотропин, вазо-прессин, окситоцин, пептидные гормоны желудка и кишечника; простые белки (протеины): инсулин, соматотропин, пролактин, паратгормон, кальцитонин; сложные белки (гликопротеиды): тиреотропин, фоллитропин, лютропин.

3. Стероидные гормоны: кортикостероиды (альдостерон, кортизол, кортикостерон); половые гормоны: андрогены (тестостерон), эстрогены и прогестерон.

4. Производные жирных кислот: арахидоновая кислота и ее производные: простагландины, простациклины, тромбоксаны, лейкотриены.

Несмотря на то, что гормоны имеют разное химическое строение, для них характерны некоторые общие биологические свойства:

1. Строгая специфичность (тропность) физиологического действия.

2. Высокая биологическая активность: гормоны оказывают свое физиологическое действие в чрезвычайно малых дозах.

3. Дистантный характер действия: клетки-мишени располагаются обычно далеко от места образования гормона.

4. Многие гормоны (стероидные и производные аминокислот) не имеют видовой специфичности.

5. Генерализованность действия.

6. Пролонгированность действия. (действие в течение продолжительного срока)

Установлены четыре основных типа физиологического действия на организм: кинетическое, или пусковое, вызывающее определенную деятельность исполнительных органов; метаболическое (изменения обмена веществ); морфогенетическое (дифференциация тканей и органов, действие на рост, стимуляция формообразовательного процесса); корригирующее (изменение интенсивности функций органов и тканей).

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: