ОБМЯНА НА ТОПЛИНАТА И ТЕРМОРЕГУЛАЦИЯ

Всички биологични прояви на организма са свързани с протичането на определени биохимични реакции. Тяхната скорост, както при всички химични реакции, се обуславя от температурата на околната среда. В зависимост от начина, по който поддържат телесната си температура, организмите се делят на две групи: пойкилотермни и хомеотермни.

По-голямата част от организмите нямат собствена, постоянна температура на тялото. При тях тя зависи от температурата на околната среда и се колебае заедно с нея. Такива организми, наречени пойкилотермни, са всички безгръбначни, а от гръбначните - рибите; земноводните и влечугите. 

Част от животните, като птиците и млекопитаещите, вкл. и човекът, имат способността да поддържат собствена температура на тялото, която остава непроменена, независимо от колебанията в температурата на околната среда. Такива организми се наричат хомеотермни.

Необходимото условие при тези животни за запазване на температурата им на едно и също ниво е да притежават способността да регулират своя топлинен баланс. Това означава, че процесите на регулация на топлината трябва да се свеждат до поддържане на равновесие между процесите на образуване на топлина в организма и процесите на отдаването ѝ. 

Тъй като всяка жизнена дейност е свързана с увеличаване на обмяната на веществата и следователно с образуването на топлина, регулаторните механизми в това отношение са със значително по ограничени възможности, отколкото тези, отнасящи се до регулирането на отдаването на топлина. 

Процесите на топлообразуване не са еднакво интензивни в целия организъм. Органите, които се намират в гръдната и коремната кухина, както и тези в черепната кухина, имат относително по-висока обмяна на веществата. На тях се падат около 70% от цялата продукция на топлина в покой (въпреки, че те представляват само около 8% от телесната маса). Същевременно мускулатурата и кожата произвеждат само около 18% от топлината в покой. По време на физическо натоварване обаче те образуват значително повече топлина, докато обмяната на веществата във вътрешните органи намалява. 

Температурата на кожата също не е еднаква по цялото тяло. Тя е по-висока по кожата на трупа (в близост до вътрешните органи) и по-ниска по кожата на крайниците. За степента на охлаждане на кожата има значение съотношението между повърхността на дадена част на тялото и нейната маса. Това е причина при спадане на околната температура да настъпва по-бързо охлаждане на крайниците, отколкото на трупа. 

Поддържането на постоянството на телесната температура се извършва по два начина: чрез химична терморегулация, която стимулира или ограничава биохимичните процеси на разграждане в клетките и образуването на топлина; и чрез физична терморегулация, която чрез излъчване, провеждане и изпарение регулира отдаването на топлина от тялото към околната среда. 

Химична терморегулация

Тази терморегулация се изразява предимно в усилване на обмяната на веществата при спадане на околната температура, както и в понижаването й при повишаване на температурата на околната среда. 

Когато температурата на околната среда спадне под критичната (т. е. температурата, под която ще настъпи охлаждане на тялото, ако топлообразуването остане непроменено), процесите на обмяна на веществата се усилват - консумацията на кислород и продукцията на топлинна енергия се увеличава. 

Трябва да отбележим, обаче, че повишаването на топлообразуването не настъпва веднага след понижаването на околната температура. Това се дължи на изолиращата роля на кожата. В нея настъпват изменения, които намаляват излъчването на топлина отвътре навън и по този начин пречат за охлаждане на вътрешните органи. Получава се даже парадоксалното положение около 30 min след спадане на температурата в околната среда вследствие на увеличаване на нейната продукция да се повиши температурата във вътрешността на тялото. 

Повишаването на обмяната на веществата при ниски околни температури настъпва преди всичко в мускулите. За кратко време след охлаждане на тялото започват мускулни съкращения, изразяващи се в треперене. Вследствие на получаващото се механично триене производството на топлина се увеличава значително. Заедно с това човек започва да извършва неволеви движения - подскачане, положения на крайниците - отново оглед на топлопродукцията. 

Продукцията на топлина при изстудяване се покачва многократно. Например, за да се запази температурата на вътрешността на тялото при 0°С температура на околността, е необходимо топлообразуването да се увеличи най-малко 200 пъти. Поради това много продължителното треперене на мускулите води до значително намаляване на запасите от гликоген в мускулите, черния дроб и сърцето. Участието на химичната терморегулация при високи температури на околната среда е твърде ограничено.

 

Физична терморегулация

Тази терморегулация отразява регулирането на отдаваната в околната среда топлина. Процесът обхваща два етапа: първи - отдаване на топлина от вътрешността на тялото до кожата, и втори - от кожата към околната среда. 

От вътрешността на тялото топлината се предава към повърхността - както непосредствено, в зависимост от топлопроводимостта на тъканите, така и чрез кръвта.

От повърхността на тялото топлината се отстранява по следните три начина: чрез излъчване, чрез провеждане, чрез изпарение. 

В покой около 70% от топлината в организма се отстранява чрез излъчване и провеждане (съответно 55% и 15%). По този начин кожата отдава топлината на обкръжаващия я въздушен слой и на близките до нея предмети. Въздухът е лош проводник на топлината, поради което отдаването на топлина е толкова по-затруднено, колкото по-дебел е неподвижният слой въздух над кожата. Ролята на дрехите е да се задържи въздух между тях и кожата. 

Около от топлината на тялото се отстранява чрез изпарение. В този случай отнемането на топлина става чрез преминаването на водата от течно в газообразно състояние. Осъществява се чрез отделянето на пот от потните жлези и изпарението й по повърхността на кожата. Останалите 3% от образуваната топлина се отстраняват чрез дишането.

Физичната терморегулация има значително по-голям дял в процеса на поддържане на постоянна температура във вътрешността на тялото. В зависимост от температурата на околната среда, чрез разширяването на кожните кръвоносни съдове, кръвообращението усилва процесите на отстраняване на топлина от вътрешността или пък допринася за увеличаване на изолиращата роля на кожата. Koгато температурните условия изискват да бъде изнесена топлина от вътрешността на тялото навън, тя се насочва чрез кръвта предимно към тези негови части, които имат сравнително малка маса, но по-голяма повърхност (каквито са крайниците), и по този начин се улеснява охлаждането на организма. 

При ниска температура на околната среда (под 15 - 20°С) ролята на физичната терморегулация се свежда до включване на механизми, които ограничават отдаването на топлина от тялото. В тези случаи под влияние на нервни импулси кръвоносните съдове на кожата се свиват; притокът на кръв към нея намалява и така се увеличава изолиращата роля на кожата. 

В това състояние се усилва и химичната терморегулация, която предизвиква по-голяма продукция на топлината. 

При високи температури на околната среда активно се включват всички механизми на физичната терморегулация. Настъпва силно разширяване на кожните капиляри и приливът на кръв към тях се усилва. Капилярната мрежа на кожата може да поеме големи количества кръв, което налага да се усили дейността на сърцето - увеличава се честотата на сърдечните съкращения, както и ударният обем на сърцето.

Когато температурата на околната среда се повиши над тази на кожата (около 36,4°С), отстраняването на топлината става само чрез изпарение, тъй като под влияние на другите два механизма би настъпил приток на топлина отвън към тялото. 

Фактори, влияещи върху терморегулацията

Описаните механизми, поддържащи постоянството на телесната температура - т.нар. изотермия, са ефективни само в определени граници. За вътрешността на тялото те са между 40,5 и 33,5°С. Животът на човека може да бъде запазен и извън тези граници, но това е свързано с големи затруднения за регулаторните механизми на организма и се придружава от трайни неблагоприятни последици. 

В условията на високи температури при затруднено отдаване на топлина може да настъпи прегряване на организма. Най-затруднена е сърдечносъдовата система; кръвоносните съдове се разширяват до такава степен, че наличната в организма кръв не е в състояние да ги изпълни. Кръвното налягане спада силно, а съдовите рефлекси, които биха довели до неговото покачване (вазоконстрикция), имат точно противоположно действие на рефлексите, които осигуряват отдаването на топлина (вазодилатация). Това разстройство в регулаторните механизми води до повишаване на телесната температура, до поява на централни смущения, съпроводени с бълнуване и загуба на съзнание. Получава се топлинен удар. Ако телесната температура се повиши над 42 - 43°С, настъпва смърт. 

Ако организмът е поставен в условия на ниска температура, напр. 3 - 4°С без дрехи, отначало се получава усещане за студ. След известно време настъпва безразличие, апатия и постепенно спадане на температурата на тялото. Под влияние на студа в мозъчната тъкан настъпват смущения, които довеждат до описаните състояния. При спадане на температурата на тялото под 23°С настъпва смърт. 

Върху процесите на терморегулация оказват влияние влажността и движението на въздуха. Сухият въздух се понася по-добре както при високи температури - поради по-добрите условия за изпарение, така и при ниски температури - поради по-лошата проводимост на въздуха. Влажният и топъл въздух затруднява изпарението и създава опасност от прегряване, като може да предизвика топлинен удар. Например, при 30% влажност на въздуха човек може да издържи при температура 50°С, докато, ако влажността е 70%, той може да издържи температура на въздуха не повече от 40°С. Движението на въздуха при висока температура също благоприятства топлоотдаването поради подобряване на условията на изпарение. 

Нервни и хуморални влияния върху процесите на терморегулация

Активността на механизмите на терморегулация се определя в резултат на информация от кожни терморецептори за топло и студено. По аферентни пътища тя достига до ЦНС. Установено е наличието и на централни терморецептори, разположени в хипоталамуса. Те реагират на минимални промени в температурата на преминаващата през него кръв. В предните ядра на хипоталамуса се намират центрове, които получават информация за температурните промени в тялото, както от периферните, така и от централните терморецептори. 

Тези нервни центрове, от своя страна, изпращат сигнали за активиране на един или друг механизъм на терморегулацията. Симпатиковият дял на вегетативната нервна система влияе върху химичната терморегулация и регулира реакциите на кръвоносните съдове. Соматомоторните нервни структури предизвикват реакциите на треперене и на неволевите движения. 

Влияние върху терморегулацията оказват някои хормони. В случаите на повишаване или намаляване на температурата на околната среда се наблюдават съответни промени в отделянето на хормони на надбъбречните жлези - както от кортикалната, така и от медуларната им част. Напр. норадреналинът стимулира окислението на мастните киселини, при което се увелимава топлопродукцията. При премахване на надбъбречните жлези намалява резистентността на животните към студови и топлинни дразнения.

Хормоните на щитовидната жлеза, оказвайки влияние върху обменните процеси, също участват активно в процесите на терморегулация. 

Съществено влияние върху терморегулацията на организма оказва хипофизата, която контролира дейността на надбъбречните жлези и на щитовидната жлеза.