Физични основи на терморегулацията на човешкото тяло

13. Физични основи на терморегулацията на човешкото тяло

В околната среда непрекъснато настъпват резки температурни колебания. Независимо от това, температурата на човешкото тяло се изменя незначително, като нейните денонощни колебания не превишават 2°C. Максималната температура се наблюдава след обяд, а минималната – рано сутрин между 3 и 5 часа. Температурата на повърхността на кожата се колебае от 30.5°C до 33.6°C. Терморегулацията е необходима поради следните причини:
Химичните реакции, протичащи в клетките, са силно температурно-чувствителни и протичат в тесен температурен интервал.
Ензимите, контролиращи клетъчната активност, са също силно температурно-чувствителни

Запазването на постоянна температура (хомеотермия) на тялото може да се изрази със следното уравнение: М=Л+И+Т+К, където М е произведената при метаболизма топлина. За около 24 часа тя е около 10 467 килоджаула. Произведената при метаболизма топлина се отделя от организма чрез: топлинно излъчване – Л, чрез изпарение – И, чрез топлопроводност – Т, чрез конвекция – К.

В организма се различават:
Централна част – термично „ядро“ – мозъка и коремни и гръдни органи, съставляващи 8% от теглото на тялото, температурата на което търпи малки колебания, тъй като е в динамично равновесие, в резултат на баланса между топлопродукцията и топлоотдаването
Периферна част – „обвивка“ – чиято температура се изменя силно при колебания на околната температура. Обвивката съвпада с кожата.
Топлообменът между двете области се осъществява чрез кръвообращението.

Хипотермия – състояние, при което телесната температура спада под нормалната. Основната причината за появата на хипотермия обикновено е студеното време. Когато тялото ни е изложено на студа, то се опитва да предотврати загубата на топлина по няколко начина:
чрез треперене – запазва основните органи, поддържайки нормална температура
ограничаване притока на кръв към кожата
освобождаване на хормони, за да генерират топлина
Поведенчески реакции на човека при студ:
свиваме се на кълбо
слагаме повече дрехи
използваме отопление

Хипертермия – състояние, при което телесната температура се повишава над нормалната. Когато температурата на тялото се повиши:
настъпва разширяване на артериолите
налягането в субпапиларните съдове и капиляри се покачва
скоростта на кръвния ток се повишава
засилва се изпарението и топлоотдаването от повърхността на кожата
Поведенчески реакции при високи температури:
намаляване на активността ни
стоене на сянка
климатизиране на въздуха
носене на малко дрехи

Хиперемия – при нея се понижава метаболитната активност чрез намаляване на секрецията на тироксин и така се предизвиква отделяне на по-малко топлина в тялото.

Около 80% от телесната температура се отделя през кожата, а останалите 20% - чрез дихателните и храносмилателните повърхности при затопляне на въздуха и храната.

При висока температура на околната среда топлоотдаването чрез изпарение на потта зависи от влажността на въздуха, от броя на функциониращите потни жлези и от движението на въздушните маси. Потоотделянето е най-ефективният механизъм, осигуряващ състоянието на комфорт при висока температура над 35°C.

При фазови преходи се предава някакво количество енергия – скрита толина на фазовия преход. При топене и изпарение е необходимо да се погълнат определени количества топлина, наречени съответно топлина на топене и топлина на изпарение. Количеството топлина, което се отделя или поглъща при промяна на фазите, е: Q=m.l, където m е масата на веществото, а l е топлината на фазовия преход в конкретния процес.

Жизнените биохимични процеси могат да протичат с необходимите скорости само когато температурата на човешкото тяло се намира в определен интервал, който характеризира термичните граници на живота. При повишаване на температурата на тялото до 39°C, капацитетът на кръвоносната система и циркулиращата в нея кръв нарастват силно, главно поради разширяване на повърхностните капиляри. При 40-41°C се забелязват редица смущения на нерваната система, загуба на съзнание и др. Счита се, че температура 43°C обикновено е смъртоносна. Долната граница, до която организмът е жив, е около 30°C.

Медицински приложения на топлината и на ниските температури:
Топлолечение – внасяне на топлина; става по три начина:
контактно – с грейка с вода, лечебна кал и др.; с парафин
чрез облъчване с лъчисти потоци – обикновено от инфрачервена област
чрез пропускане на високочестотен ток през тъканите
Охлаждане – в стоматологията, малката хирургия и др. – с лед, етилов хлорид, който се изпарява при 13,1°C и др.