Как теплокровные животные осуществляют терморегуляцию

Терморегуляция [Теплорегуляция]

Терморегуляция — это процесс, который обеспечивает способность организма поддерживать температуру тела на определенном уровне вне зависимости от температуры окружающей среды.

В процессе обмена веществ непрерывно происходит образование тепла. Это тепло также непрерывно отдается в окружающую сре­ду.

Наличие постоянной и довольно высокой температуры тела служит отличительным признаком животных, стоящих более вы­соко в эволюционном ряду. Очевидно, такая температура более благоприятна для быстрого протекания химических процессов в организме; она является оптимальной для большинства фермен­тов, действующих в организме теплокровных животных.

Холоднокровные (пойкилотермные) животные

Холоднокровные (пойкилотермные) животные в очень малой степени способны к терморегуляции образования тепла и его отдачи, поэтому темпера­тура тела у них почти соответствует температуре среды или только немного выше ее. К холоднокровным животным относятся все беспозво­ночные, а из позвоночных — рептилии, амфибии, рыбы.

Теплокровные (гомойотермные) животные

Теплокровные (гомойотермные) животные способны к терморегуляции образования тепла в своем теле, так и его отдачи в окру­жающую среду. Благодаря этому температура их тела удержи­вается на определенной высоте — 36-12° (в зависимости от вида животного). К тепло­кровным животным относятся млекопитающие и птицы.

Температура тела

В разных местах тела температура бывает разная в зависимости от положения органа и его кровенаполнения.

Температура разных мест кожи у лошади колеблется от 11 до 35°. Из внутренних органов температура выше всего в печени. Кровь ле­гочной артерии теплее, чем кровь легочной вены, так как в легких происходит отдача тепла.

В течение суток температура тела закономерно колеблется, понижаясь ночью даже в тех случаях, если человек или животное лишается обычного ночного покоя.

Температура тела у человека колеблется с 35,5 до 37°. Температура тела у взрослых животных (по измерениям в пря­мой кишке) следующая (в С°):

Теплопродукция

Тепло образуется во всех органах тела в ре­зультате химических реакций, при которых потенциальная энер­гия органических веществ переходит в конечном итоге в энергию тепловую.

Главная масса тепла образуется в скелетных мышцах, составляющих до 50% веса тела, так как даже при покое мышцы находятся в состоянии небольшого напряжения. Много тепла вырабатывается в сердце, печени, железах. Чем интенсивнее работает орган, тем больше тепла в нем вырабатывается. Особенно велика продукция тепла при мышечной работе.

Постоянство температуры тела у теплокровных, несмотря на разную интенсивность теплопродукции и на колебания температуры окружающей среды, возможно благодаря наличию в организме приспособительных реакций, защищающих его от перегревания или охлаждения. Это достигается терморегуляцией, которая контролирует как продукцию тепла, так и отдачу тепла наружу.

Теплоотдача

Отдача тепла происходит теплопроводностью, тепловое излучение и испарением воды.

Теплопроводность

Под теплопроводностью понимается переход теплоты от одного физического тела, более нагретого, к другому, имеющему более низкую температуру при их соприкосновении (конвекция). Орга­низм отдает свое тепло воздуху или воде. При движении живот­ного или при движении воздуха отдача тепла усиливается. Путем конвекции отдается теплота н внутри организма при согревании вдыхаемого воздуха или при нагревании съеденной пищи и воды. Для такой отдачи тепла большое значение имеет теплопроводность соприкасающейся с телом среды. При сухом воздухе, теплопровод­ность которого низка, потеря тепла меньше, чем при влажном. Содержание малоподвижного и маловлажного слоя воздуха у по­верхности тела с помощью шерстного покрова (у людей с помощью одежды) способствует уменьшению потери тепла. Такую же роль играет и слой подкожного жира.

Тепловое излучение (радиация)

Тепловое излучение или радиация — это свойство физических тел излучать с по­верхности тела инфракрасные лучи. Интенсивность этого излуче­ния возрастает при повышении температуры тела. Чем выше тем­пература поверхности тела, тем больше оно излучает тепла. По­этому теплоотдача путем излучения усиливается при расширении кровеносных сосудов кожи, при сужении же кожных сосудов, наоборот, теплоотдача уменьшается.

Испарение воды

При испарении тепло отдается потому, что для перехода воды из жидкого состояния в парообразное требуется теплота, которая отнимается от поверхности тела. Испарение с поверхности тела зависит от степени влажности воздуха и от его температуры. Чем суше воздух, тем больше испарение. Отдача тепла при испарении имеет большое значение, так как благодаря этому теплота отдает­ся даже тогда, когда температура окружающей среды выше темпе­ратуры тела. Испарение происходит с поверхности тела, с дыха­тельных путей, ротовой полости и с языка.

Регуляция температуры тела

Регуляция температуры тела состоит в выравнивании тепло­продукции и теплоотдачи. Различают химическую и физическую терморегуляцию.

Химическая регуляция

Химическая терморегуляция осуществляется усилением или ослаблением теплопродукции.

Физическая регуляция

Физическая терморегуляция состоит в усилении или ограничении отдачи тепла через кожу и при дыхании. Следует иметь в виду, что большее значение имеет физическая теплорегуляция, так как возможность уменьшения теплопродукции у организ­ма невелика.

Механизмы регуляции

Переохлаждение

Если животному грозит переохлаждение тела, то у него ограничивается теплоотдача с кожи путем сужения кровеносных сосудов и с дыхательных путей — замедлением дыхания. Уменьшается секре­ция потовых желез и тем ограничивается испарение. Одновременно увеличивается продукция тепла путем повышения мышечного то­нуса и сокращениями мышц как путем непроизвольных движений (дрожание), так и усилением движений животным. Повышаются окислительные процессы, особенно в печени.

Перегревание

При перегревании увеличивается теплоотдача с кожи путем расширения ее сосудов и усиленного потоотделения. Испарение одного литра пота отнимает от поверхности тела около 600 кал тепла. Усиливается и учащается дыхание. Одновременно понижает­ся продукция тепла благодаря ограничению движений и расслаб­лению мышц. Уменьшаются и окислительные процессы.

Центр терморегуляции

Регуляция температуры тела осуществляется нервной системой. В субталамической области промежуточного мозга имеется центр терморегуляции, связанный с центрами кро­вообращения, дыхания, с двигательными зонами коры мозга, а также с вегетативной нервной системой. Нагревание терморегуляторного центра (в эксперименте) вызывает понижение температуры тела, я его охлаждение приводит к повышению теплопродукции. Материал с сайта http://wiki-med.com

Терморегуляторный центр может возбуждаться как гуморально (температурой протекающей через него крови), так и рефлекторно (при раздражении теплом или холодом рецепторов кожи). Возбуждение терморегуляторного центра приводит в действие все теплорегуляторные ме­ханизмы: интенсивность окислительных процессов, тонус скелет­ных мышц, сосудодвигательные реакции, секрецию потовых желез, дыхательные движения. Интенсивность окислительных процессов может измениться либо через вегетативную нервную систему, либо путем изменения секреции гормонов щитовидной железы и мозговой части надпочечников. Изменение работы мышц, расши­рение или сужение сосудов, секреция пота, изменение дыхатель­ных движений происходит рефлекторно через сосудодвигательный, дыхательный и потоотделительные центры.

Кора головного мозга

Центр терморегуляции находится, в свою очередь, под контролем коры головного мозга. Если животное подвергается перегреванию в опре­деленной обстановке и у него происходят соответствующие регу­ляторные реакции, то через некоторое время одна только обста­новка (без перегревания) вызовет у него те же реакции, что и перегревание. Таким образом, здесь имеет место условнорефлектор­ная реакция, происходящая при участии коры больших полу­шарий.

Температурные границы жизни

Температурные границы жизни очень широки. Споры многих бакте­рий выдерживают нагревание до 150°, а некоторые из них не теряют жизнеспособности при температуре, близкой к абсолютному нулю. С другой сто­роны, в горячих ключах острова Искьи (Италия) при температуре около 85° живут некоторые инфузории. Здесь еще многое остается недостаточно изученным. Рыб, насекомых и даже млекопитающих можно замораживать и затем осторожно оттаивать. Например, карпов замораживали до 15° ниже нуля и снова, постепенно отгнивая, возвращали к жизни, но замораживание хотя бы на одни градус ниже 15 уже гибельно для животного. Однако из­вестно также, чти при замораживании спермиев в до температуры, близкой к минус 200°, и длительном хранении их при этой температуре значитель­ная их часть сохраняет нормальную жизнеспособность и оплодотворяющую силу.

Источник

Терморегуляция и выделительная система животных

Режим обучения доступен только авторизованным пользователям

Возможности режима обучения:

Озвучка доступна в режиме обучения

Животные обитают во всех уголках Земли. Но жизнь в солёном Антарктическом океане резко отличается от жизни во влажных тропических лесах или в палящей пустыне. От среды обитания зависит то, как животное будет регулировать температуру тела, расходовать воду и удалять токсичные отходы из организма. В жарких и сухих условиях животные экономят воду и сохраняют тело прохладным. С другими проблемами сталкиваются животные, обитающие в холодной солёной воде. Они должны постоянно откачивать лишние соли из организма и поддерживать тепло, чтобы пережить холод. Перегрев или переохлаждение, накопление в теле лишних солей или токсичных отходов – всё это приводит к нарушению жизненных процессов.

Регуляция температуры тела

Теплокровные животные поддерживают постоянную температуру тела за счет ускоренного обмена веществ. Скорость обмена веществ у теплокровных животных в 20 раз выше, чем у холоднокровных. Благодаря этому даже в холодную погоду теплокровные птицы и млекопитающие остаются активными и подвижными. Но на поддержание внутреннего тепла требуется больше энергии, а значит больше кислорода и пищи. Например, некоторые мелкие млекопитающие погибают, если не подкрепятся в течение 10 часов. Холоднокровным животным требуется меньше энергии для жизни, однако при низких температурах они становятся вялыми и уязвимыми для хищников. А в знойную жару холоднокровная ящерица быстро сварится заживо, если не найдет укрытие.

1. Все клетки животных находятся в непрерывной работе, во время которой выделяется тепло. Это тепло согревает животное. Много тепла выделяется при работе мышечных клеток. Вот почему вы греетесь когда занимаетесь спортом. Дрожь от холода – ещё один пример создания «внутреннего» тепла. Непроизвольная работа мышц – дрожание – согревает внутренние органы. 2. Шерсть млекопитающих и перья птиц также участвуют в терморегуляции. Вздыбливание шерсти или перьев на холоде создаёт воздушную «подушку» между телом и окружающей средой.

3. Кровь также принимает участие в поддержании тепла. Почему на холоде мерзнут ладони и ступни? Дело в том, что организм стремится сохранить в первую очередь жизненно важные органы, направляя к ним теплую кровь. В холодную погоду сосуды кожи сужаются и кровь больше циркулирует в органах. Особенно этот механизм развит у водных птиц и млекопитающих. Утки, моржи и тюлени значительно уменьшают приток крови к коже, когда ныряют в холодную воду. В жару, напротив, сосуды кожи расширяются чтобы отводить лишнее тепло в окружающую среду.

4. Важно не только согреваться, но и остужаться. Выделение водянистого пота на поверхность кожи и его испарение позволяет охладить тело. В жаркую погоду собаки высовывают язык и тяжело дышат – в это время с поверхности языка испаряется влага, забирающая с собой тепло. 5. Животные контролируют температуру тела, изменяя своё поведение. Многие животные в жару купаются, или подобно слонам, обрызгивают себя. Некоторые птицы и бабочки мигрируют в тёплые края. Люди, например, научились шить и одевать тёплую одежду. В морозную погоду животные прижимаются друг к другу, чтобы сохранить тепло.

Некоторые млекопитающие зимой для экономии энергии впадают в спячку. Во время спячки медведи, ежи, насекомоядные млекопитающие «понижают» активность организма: сердце бьётся реже, температура тела понижается, дыхание замедляется. К спячке животное подготавливается заранее – нагуливает жирок и находит подходящую берлогу. У холоднокровных при похолодании происходит оцепенение. Температура тела опускается ниже нуля, но кровь при этом полностью не замерзает. Так, некоторые хвостатые земноводные могут пробыть во льду до 100 лет, а затем разморозиться и благополучно вернуться к жизни.

Источник

Теплокровность

Теплокровность или Гомойотермия — в ​​классическом и обычном понимании, это способность организмов поддерживать постоянную температуру тела (термический гомеостаз) независимо от температуры окружающей среды. Эта способность включает в себя возможность охлаждения или нагрева тела. Теплокровные животные преимущественно контролируют температуру своего тела за счет регулирования скорости обмена веществ.

Однако, термин «теплокровность» (как и «хладнокровие») сейчас определенный очень нечетко и существуют несколько возможных определений термина, приводит к недоразумениям. Невозможно разделить все организмы на две категории при любом определении. Поддержание температуры тела привлекает большое количество механизмов, дающих в результате почти непрерывный спектр температур тела и степени воздействия окружающей среды, с идеальными классическими определениями противоположных углах этого спектра.

Определение термина «теплокровность»

Обычно термин «теплокровность» ссылается на три отдельные аспекты терморегуляции:

1. Ендотермия (от греч. Endo — «в пределах» и therm — «тепло») — способность некоторых организмов контролировать температурами своих тел с помощью внутренних средств, например, дрожание мышц или внутриклеточных средств. Некоторые авторы ограничивают значение термина конкретными механизмами повышения скорости метаболизма животных для получения тепла. Противоположность ендотермии — экзотермии.

2. Гомойотермия (от греч. Homoios — «похожий» и therm — «тепло») — терморегуляция, что позволяет поддерживать постоянную внутреннюю температуру тела, несмотря на внешнее воздействие. Эта температура обычно выше, чем температура непосредственного окружения. Противоположность гомойотермии — пойкилотермия.

3. Тахиметаболизм (от греч. Tachy — «быстро» и metabol — «меняться») — вид терморегуляции, характерный для организмов с высоким уровнем основного обмена, то есть скорости метаболизма в состоянии покоя. Тахиметаболични организмы, по сути, сохраняют высокую активность в течение всего времени. Хотя их основной обмен и медленнее их скорость основного обмена в активном состоянии, разница не так велика, как в брадиметаболичних организмах. Тахиметаболични организмы, как правило, требуют больше пищи и хуже переносят ее нехватку.

Подавляющее большинство организмов, как традиционно называются «теплокровными» (млекопитающие и птицы), соответствуют всем трем определению. Однако, в течение второй половиниы 20-го века, исследования животных обнаружили много видов, принадлежащих к одной из этих групп, но не отвечают всем трем определением теплокровности. Например, многие летучих мышей и малых птиц — пойкилотермични и брадиметаболични во время сна. Для этих организмов используется другой термин — гетеротермия.

Механизмы терморегуляции традиционно теплокровных животных

Создание и сохранение тепла

Организмы, которые традиционно считаются теплокровными, имеют большое число митохондрий на клетку, что дает им возможность производить тепло, увеличивая скорость «сжигания» жиров и сахаров. Это требует гораздо большего количества пищи, чем количество, потребляющих хладнокровные животные, для восстановления жировых и сахарной резервов.

Многие эндотермических животных дополняют клеточный механизм дрожью в холодных условиях, с целью преобразования жиров и сахаров на тепло с помощью мускульной активности. Зимой, когда часто не хватает пищи для поддержания высокой скорости обмена веществ в течение всего дня, некоторые организмы переходят в гипотермический состояние, известное как спячка или глубокий сон. В таком состоянии энергия сохраняется за счет снижения температуры тела. Многие птицы и маленьких млекопитающих (например тенреки) также позволяют температуре тела снижаться ночью, сокращая потребление энергии, необходимой для поддержания температуры тела. Даже человек несколько снижает скорость метаболизма в течение сна.

Потеря тепла больше угрожает небольшим организмам, поскольку они имеют большее соотношение внешней площади к объему. Наименьшие теплокровные животные имеют теплоизоляцию в виде меха или перьев. Водные теплокровные животные вообще используют глубокие слои жира под кожей для изоляции, потому что мех или перья неефективни в их окружениях. Пингвины используют как перья, так и жир, потому что их полуводный образ жизни ограничивает степень изоляции, которую может предоставить перьев. Птицы, особенно болотные, имеют кровеносные сосуды на нижних частях ног, служат теплообменниками — вены расположены рядом с артериями и поэтому забирают их тепло и переносят его обратно в кровоток. Многие теплокровных животных белые или светлые, сокращая потери тепла за счет излучения и из-за сокращения потока крови через кожу.

Охлаждение и предотвращения перегрева

В тропическом и экваториальном климате и в течение лета в умеренных районах перегрев является таким же угрозой, как и холод. В жарких условиях многие теплокровных животных увеличивают потерю тепла увеличением дыхания и испарением влаги в легких, и увеличением потока крови через кожу. Безволосые и коротковолосого млекопитающие кроме того потеют, потому что испарения пота также снижает температуру. Слоны сохраняют спокойствие, используя свои огромные уши подобно радиаторов: они размахивают своими ушами, увеличивая поток воздуха над ними.

Сравнение теплокровного и хладнокровной стратегий

Преимущества быстрого метаболизма

Полная скорость метаболизма животных возрастает примерно вдвое на каждые 10 C ° повышение температуры тела (кроме случаев, когда необходимо избегать гипертермии). Теплокровность не обеспечивает большую скорость движения, чем хладнокровие — хладнокровные животные могут двигаться так же быстро, как и теплокровные животные того же размера и телосложения. Но теплокровные животные значительно выносливее, чем хладнокровные организмы, потому что их быстрее метаболизм позволяет быстро восстанавливать источники энергоснабжения (особенно АТФ) и устранять продукты метаболизма (особенно молочную кислоту). Это дает возможность теплокровным хищникам догонять добычу, а потенциальной теплокровному добычи избегать хладнокровных хищников (по условиям избежание начального нападения или засады), что делает теплокровных животных успешными.

Преимущества гомейотермии

Ферменты имеют сильную зависимость активности от температуры и их эффективность намного зменшенуеться за пределами оптимальной температуры. Организмы с постоянной температурой тела, таким образом могут использовать ферменты, эффективные при определенной температуре. Другое преимущество гомейотермичних животных заключается в их способности поддерживать постоянную температуру тела и активность даже по условиям очень холодной погоды. Пойкилотермични организмы должны или эффективно функционировать далеко за пределами мексимальнои температуры в течение большинства времени, или тратить дополнительные ресурсы для создания широкого ряда ферментов, чтобы покрыть более широкий ряд температур тела.

Недалеко теплокровности

Поскольку теплокровные животные используют ферменты, которые специфичны для узкого ряда температур, гипотермия (переохлаждения) тела быстро приводит к потере активности и смерти. Также для поддержания постоянной температуры необходима энергия — это приводит к необходимости гомуйотермичним животным потреблять гораздо больше еды, чем пойкилотермичним.

Дрожь и сжигания жира для поддержания температуры требует больших затрат энергии, приводит к определенным проблемам, например:

Контроль температуры холоднокровных животных

Научное понимание механизмов терморегуляции значительно продвинулось с момента создания классического разделения организмов на теплокровных и холоднокровных, в результате была исследована большое количество таких механизмов.

Многие «хладнокровных» животных используют динамические средства для регулирования своих внутренних температур:

Некоторые другие «хладнокровные» организмы используют внутренние механизмы для поддержания температуры тела выше уровня среды:

Источник

Глава VII. Физиология теплообмена

Понятие о гомойотермии и пойкилотермии

Жизнедеятельность животного и человека связана с постоянным потреблением энергии, которую организм получает за счет поступления и переработки питательных веществ. Химические превращения, протекающие в клетках организма в процессе обмена веществ, сопровождаются теплообразованием.

Животных с постоянной температурой тела называют гомойотермными (теплокровными). Относительное постоянство температуры тела у таких животных обеспечивается изменением теплопродукции и теплоотдачи.

Постоянство температуры тела называют изотермией. Значение изотермии заключается в том, что она обеспечивает независимость обменных процессов в тканях и органах от колебаний температуры окружающей среды. Человек является теплокровным существом.

Температура тела человека

Рис. 38. Температура кожи разных участков тела человека

Температура внутренних органов более высокая, поэтому сложилось представление об «оболочке» и «ядре» тела, «Оболочка» тела имеет более низкую температуру, которая подвержена значительным колебаниям. В состав «оболочки» входят кожа, скелетные мышцы. Установлено, что температура мышечной ткани в состоянии покоя и работы может колебаться в пределах 7°С. «Ядро» тела имеет более высокую температуру, колебания которой сравнительно невелики. «Ядро» включает внутренние органы. Температура внутренних органов зависит от интенсивности обменных процессов. Наиболее интенсивно обменные процессы протекают в печени, которая является самым «горячим» органом тела: температура в ткани печени равна 38-38,5°С. Температура в прямой кишке составляет 37-37,5°С. Однако она может колебаться в пределах 4-5°С в зависимости от наличия в ней каловых масс, кровенаполнения ее слизистой оболочки и других причин. У бегунов на длинные (марафонские) дистанции в конце состязаний температура в прямой кишке может повышаться до 39-40°С.

Теплопродукция и теплоотдача, их компенсаторные изменения

Тепловой обмен в животном организме тесно связан с энергетическим. При окислении органических веществ, например глюкозы, пировиноградной кислоты, выделяется энергия. Часть этой энергии рассеивается в виде тепла и не может быть использована организмом для совершения какой-либо работы. Другая часть энергии идет на синтез АТФ. Молекулы АТФ, как уже указывалось, обладают способностью аккумулировать энергию. Эта потенциальная энергия может быть использована организмом в его деятельности.

Разобщение окислительного фосфорилирования может произойти, например, под влиянием гормонов щитовидной железы. В этом случае для образования достаточного количества АТФ окислительные процессы должны протекать более интенсивно, а значительная часть выделяющейся энергии рассеивается в виде тепла.

Таким образом, соотношение теплового и энергетического обмена определяется изменением направленности окислительных процессов в организме.

Источником тепла в организме являются все ткани. Кровь, протекая через ткани, нагревается. Некоторые органы, например печень, скелетные мышцы, отдают крови больше тепла, чем другие. Общее количество тепла, получаемое кровью, равно суммарному количеству тепла, выделяющегося всеми тканями.

Физическая терморегуляция. Этот процесс осуществляется за счет отдачи тепла во внешнюю среду путем конвекции (теплопроведения), радиации (теплоизлучения) и испарения воды.

Конвекция (теплопроведение) заключается в непосредственной отдаче тепла прилегающим к коже предметам или частицам среды. Отдача тепла тем интенсивнее, чем больше разница температур между поверхностью тела и окружающим воздухом. Чем холоднее воздух, тем сильнее он охлаждает кожу. Если же воздух теплее кожи, то проведение тепла будет идти в противоположном направлении, это вызовет повышение температуры кожи.

Интенсивность отдачи тепла во многом зависит от теплопроводности окружающей среды. В воде отдача тепла происходит быстрее, чем на воздухе. Одежда уменьшает или даже прекращает теплопроведение.

В состоянии относительного покоя взрослый человек выделяет во внешнюю среду 15% тепла путем теплопроведения, около 66% посредством теплоизлучения и 19% за счет испарения воды.

При повышении температуры окружающей среды, при физической нагрузке потоотделение увеличивается. Человек способен в сутки выделить до 10-15 л жидкости с потом. В среднем же человек теряет за сутки около 0,8 л пота, а с ним 2,1 мДж (500 ккал) тепли.

При дыхании человек также выделяет ежесуточно около 0,5 л воды. Энергия при этом тратится не только на испарение воды с поверхности дыхательных путей, но и на согревание выдыхаемого воздуха. При физической работе вентиляция легких увеличивается, а это приводит к повышению теплоотдачи.

При низкой температуре окружающей среды (15°С и ниже) около 90% суточной теплоотдачи происходит за счет теплопроведения и теплоизлучения. В этих условиях видимого потоотделения не происходит.

У человека большую роль в изменении теплоотдачи играет выбор одежды в зависимости от температуры окружающей среды. Мало проницаемая для паров воды одежда препятствует эффективному потоотделению и может служить причиной перегревания организма человека.

В горячих цехах, в жарких странах, при длительных походах человек теряет большое количество жидкости с потом. При этом появляется чувство жажды, которое не утоляется водой. Это связано с тем, что с потом теряется большое количество минеральных солей. Если добавить к питьевой воде соль, то чувство жажды исчезнет и самочувствие людей улучшится.

Таким образом, постоянство температуры тела человека обеспечивается механизмами физической и химической терморегуляции.

Центры регуляции теплообмена, их афферентные и эфферентные связи

Организм должен обеспечивать постоянство температуры не только в покое и при комфортной температуре (18-22°С), но и при различных нагрузках, а также при изменении температуры окружающей среды. Для этого организм человека располагает специальными физиологическими механизмами, регулирующими температуру тела.

Терморегуляция осуществляется рефлекторно. Колебания температуры окружающей среды воспринимаются особыми рецепторами, получившими название терморецепторов. В большом количестве терморецепторы располагаются в коже, слизистой оболочке полости рта, верхних дыхательных путях. Обнаружены терморецепторы во внутренних органах, венах, а также в некоторых образованиях центральной нервной системы.

Нервные импульсы, возникающие в терморецепторах, по афферентным нервным волокнам поступают в спинной мозг. По проводящим путям они достигают зрительных бугров, а от них идут в гипоталамическую область и к коре головного мозга. В коре головного мозга возникают ощущения тепла или холода.

Спинной мозг является проводником нервных импульсов не только от терморецепторов к головному мозгу, но и от головного мозга к мышцам, сосудам, потовым железам. В спинном мозге находятся центры некоторых терморегуляторных рефлексов. Однако одних спинальных терморегуляторных механизмов недостаточно для обеспечения постоянства температуры тела.

Гипоталамус является основным рефлекторным центром теплорегуляции. Нейроны гипоталамуса возбуждаются под влиянием нервных импульсов, поступающих от терморецепторов. В гипоталамусе обнаружены собственные терморецепторы, которые возбуждаются в ответ на изменение температуры крови (улавливают изменения температуры на сотые доли градуса).

При разрушении гипоталамической области гомойотермные животные теряют способность поддерживать постоянную температуру тела и становятся пойкилотермными. Установлено, что передние отделы гипоталамуса контролируют механизмы физической терморегуляции (за счет изменения тонуса кровеносных сосудов и интенсивности потоотделения), т. е. они являются центром теплоотдачи. При их разрушении животные хорошо переносят холод, но быстро перегреваются при повышении температуры окружающей среды. Задние отделы гипоталамуса контролируют химическую терморегуляцию и являются центром теплообразования. При их разрушении животные не переносят холод, так как не происходит компенсаторного повышения теплообразования.

Важная роль в регуляции температуры тела принадлежит коре головного мозга. В лаборатории К. М. Быкова в опытах на собаках установлена возможность условнорефлекторных изменений теплоотдачи и теплопродукции. Собаку неоднократно помещали в комнату с температурой воздуха 22°С. У животного увеличивалась теплоотдача (учащалось дыхание, собака высовывала язык, что увеличивало испарение слюны). Затем собаку приводили в эту же комнату, но температура воздуха в ней была равна 10°С. В данных условиях у животного также возникало увеличение отдачи тепла, несмотря на низкую температуру окружающей среды, т. е. у собаки возник условный терморегуляционный рефлекс на обстановку комнаты.

Эфферентными нервами центра теплорегуляции являются главным образом симпатические волокна. Если разрушить симпатическую нервную систему (произвести десимпатизацию), то раздражение центров теплорегуляции гипоталамуса не вызовет изменения температуры тела.

В регуляции теплообмена участвует и гормональный механизм, в частности гормоны щитовидной железы и надпочечников. Гормон щитовидной железы тироксин, повышая обмен веществ в организме, увеличивает теплообразование. Поступление тироксина в кровь возрастает при охлаждении организма. Гормон надпочечников адреналин усиливает окислительные процессы, увеличивая тем самым теплообразование. Кроме того, адреналин суживает сосуды, в частности кожи, и за счет этого уменьшается теплоотдача.

Рассмотрим механизмы, которые обеспечивают приспособление организма к пониженной температуре окружающей среды. При понижении температуры окружающей среды происходит рефлекторное возбуждение гипоталамуса. Повышение его активности стимулирует гипофиз, результатом чего является усиленное выделение тиреотропного и адренокортикотропного гормонов. Эти гормоны повышают активность соответственно щитовидной железы и надпочечников. Гормоны данных желез стимулируют теплопродукцию, а адреналин, кроме того, суживая сосуды, уменьшает теплоотдачу.

Таким образом, при охлаждении включаются защитные механизмы организма, повышающие обмен веществ, теплообразование и уменьшающие теплоотдачу.

Регуляция обмена веществ и энергии

Нервная система регулирует обменные, энергетические и тепловые процессы в организме. Впервые это было показано в опытах Клода Бернара и И. П. Павлова. В середине прошлого века Клод Бернар, произведя укол иглой в дно IV желудочка продолговатого мозга кролика, обнаружил резкое повышение уровня сахара в крови и появление его в моче. Этот опыт получил название «сахарный укол». Впоследствии было показано, что «сахарный укол» нарушает не только углеводный, но и другие виды обмена. Под влиянием этого вмешательства у животных понижается температура печени, мышц, кишечника, повышается интенсивность белкового обмена, что сопровождается увеличенным выделением азота с мочой.

В дальнейшем была установлена возможность условнорефлекторных изменений уровня обмена веществ. Если многократно сочетать прием человеком сахара с одновременным включением метронома, то через некоторое время изолированное применение условного сигнала приводит к повышению содержания сахара в крови. Условнорефлекторный механизм изменения обмена веществ и энергии наблюдается у человека в предстартовых и предрабочих состояниях. У спортсменов до начала соревнования, а у рабочего перед работой отмечается повышение обмена веществ, температуры тела, увеличивается потребление кислорода и выделение углекислого газа. Можно вызвать условнорефлекторные изменения обмена веществ, энергетических и тепловых процессов у людей и на словесный раздражитель.

Влияние нервной системы на обменные и энергетические процессы в организме опосредуется несколькими путями:

1) непосредственное влияние нервной системы (через гипоталамус, эфферентные нервы) на ткани и органы;

2) опосредованное влияние нервной системы через гипофиз и его соматотропный гормон;

3) опосредованное влияние нервной системы через тропные гормоны гипофиза и периферические железы внутренней секреции;

4) прямое влияние нервной системы (гипоталамус) на активность желез внутренней секреции и через них на обменные процессы в тканях и органах.

Основным отделом центральной нервной системы, который регулирует все виды обменных и энергетических процессов, является гипоталамус. В гипоталамусе обнаружены группы ядер, которые регулируют обмен углеводов, жиров, белков, воды и солей, а также обмен тепла и потребление пищи.

Как уже указывалось, выраженное влияние на обменные процессы и теплообразование оказывают железы внутренней секреции. Так, гормоны щитовидной железы в определенных дозах, соматотропный гормон гипофиза, инсулин, половые гормоны (андрогены) усиливают синтетические процессы в организме, особенно в отношении белка (анаболическое действие гормонов). Гормоны коры надпочечников и щитовидной железы в больших количествах усиливают катаболизм, т. е. распад белков.

В организме ярко проявляется тесное взаимосвязанное влияние нервной и эндокринной систем на обменные и энергетические процессы. Так, возбуждение симпатической нервной системы не только оказывает прямое стимулирующее действие на обменные процессы, но при этом увеличивается также выход гормонов щитовидной железы и надпочечников (тироксин и адреналин) в кровь. За счет этого дополнительно усиливается обмен веществ и энергии. Кроме того, эти гормоны сами повышают тонус симпатического отдела нервной системы. Значительные изменения в метаболизме и теплообмене происходят при недостатке в организме гормонов желез внутренней секреции. Так, недостаток тироксина приводит к снижению основного обмена. Это связано с уменьшением потребления кислорода тканями и ослаблением теплообразования. В результате снижается температура тела.

Гормоны желез внутренней секреции участвуют в регуляции обмена веществ и энергии, изменяя проницаемость клеточных мембран (инсулин), активируя ферментные системы организма (адреналин, глюкагон и др.) и влияя на их биосинтез (глюкокортикоиды).

Таким образом, регуляция обмена веществ и энергии осуществляется нервной и эндокринной системами, которые обеспечивают приспособление организма к меняющимся условиям его обитания.

Источник