Терморегуляция человека
Как и у других млекопитающих, терморегуляция человека является важным аспектом гомеостаза . При терморегуляции тепло тела генерируется в основном в глубоких органах, особенно в печени, мозге и сердце, а также при сокращении скелетных мышц. [1] Люди смогли адаптироваться к большому разнообразию климатов, включая жаркий, влажный и жаркий засушливый. Высокие температуры представляют собой серьезный стресс для организма человека, подвергая его большой опасности травм или даже смерти. Для человека адаптация к изменяющимся климатическим условиям включает в себя как физиологические механизмы, возникающие в результате эволюции , так и поведенческие механизмы, возникающие в результате сознательной культурной адаптации. [2] [3]
Существует четыре пути потери тепла: конвекция , проводимость , излучение и испарение. Если температура кожи выше температуры окружающей среды, тело может терять тепло за счет излучения и проводимости. Но если температура окружающей среды выше, чем температура кожи, тело фактически получает тепло за счет излучения и проводимости. В таких условиях наиболее эффективным способом избавления организма от тепла является испарение. Таким образом, когда температура окружающей среды выше температуры кожи, все, что препятствует адекватному испарению, приведет к повышению внутренней температуры тела. [4] Во время занятий спортом испарение становится основным путем потери тепла. [5] Влажность влияет на терморегуляцию, ограничивая испарение пота и, следовательно, потерю тепла. [6]
Люди не могут пережить длительное воздействие температуры по влажному термометру выше 35 °C (95 °F). Раньше считалось, что такая температура не встречается на поверхности Земли, но она была зафиксирована в некоторых частях долины Инда и Персидского залива . Ожидается, что в будущем из-за глобального потепления увеличится появление условий, слишком жарких и влажных для жизни человека . [7]
Система управления
[ редактировать ]
Центральная температура человека регулируется и стабилизируется, прежде всего, гипоталамусом , областью мозга, связывающей эндокринную систему с нервной системой. [9] и, более конкретно, передним ядром гипоталамуса и прилегающими областями преоптической области гипоталамуса. Поскольку внутренняя температура отклоняется от заданного значения, эндокринная продукция инициирует механизмы контроля для увеличения или уменьшения производства/рассеяния энергии по мере необходимости, чтобы вернуть температуру к заданному значению (см. Рисунок). [8]
В жарких условиях
[ редактировать ]
- Эккринные потовые железы под кожей выделяют пот (жидкость, содержащую в основном воду с некоторыми растворенными ионами), который поднимается по потовым протокам, через потовые поры и попадает на поверхность кожи. Это вызывает потери тепла за счет испарительного охлаждения ; однако при этом теряется много необходимой воды. [10]
- Волосы на коже лежат ровно, предотвращая удержание тепла слоем неподвижного воздуха между волосами. Это вызвано тем, что крошечные мышцы под поверхностью кожи, называемые мышцами, поднимающими волосы, расслабляются, поэтому прикрепленные к ним волосяные фолликулы не выпрямляются. Эти плоские волоски увеличивают приток воздуха к коже, увеличивая потерю тепла за счет конвекции. Когда температура окружающей среды превышает температуру тела, потоотделение является для человека единственным физиологическим способом потери тепла. [10]
- Происходит расширение артериол. Гладкомышечные стенки артериол расслабляются , что приводит к увеличению кровотока через артерию. Это перенаправляет кровь в поверхностные капилляры кожи, увеличивая потерю тепла за счет конвекции и проводимости.
В жарких и влажных условиях
[ редактировать ]В целом люди кажутся физиологически хорошо приспособленными к жарким и засушливым условиям. [11] Однако эффективная терморегуляция снижается в жарких и влажных средах, таких как Красное море и Персидский залив (где умеренно жаркие летние температуры сопровождаются необычно высоким давлением пара), в тропических условиях и в глубоких шахтах, где атмосфера может быть насыщена водой. [11] [2] В жарких и влажных условиях одежда может препятствовать эффективному испарению. [3] В таких условиях полезно носить легкую одежду, например, из хлопка, пропускающую пот, но непроницаемую для солнечного тепла. Это сводит к минимуму получение лучистого тепла, позволяя при этом испаряться настолько, насколько позволяет окружающая среда. Одежда, такая как пластиковые ткани, которая непроницаема для пота и, следовательно, не способствует потере тепла за счет испарения, может фактически способствовать тепловому стрессу. [6]
В холодных условиях
[ редактировать ]- Тепло теряется в основном через руки и ноги.
- Выработка пота снижается.
- Мелкие мышцы под поверхностью кожи, называемые мышцами, поднимающими волос (прикрепленные к отдельному волосяному фолликулу), сокращаются ( пилоэрекция ), поднимая волосяной фолликул в вертикальное положение. Из-за этого волосы встают дыбом, что действует как изолирующий слой, удерживающий тепло. Именно это также вызывает мурашки по коже, поскольку у людей не так уж много волос и хорошо видны сокращенные мышцы.
- Артериолы, несущие кровь к поверхностным капиллярам под поверхностью кожи, могут сжиматься (сужаться), тем самым перенаправляя кровь от кожи к более теплым частям тела. Это предотвращает потерю тепла кровью в окружающую среду, а также предотвращает дальнейшее падение внутренней температуры. Этот процесс называется вазоконстрикцией. Невозможно предотвратить все потери тепла с кровью, а только уменьшить их. В условиях сильного холода чрезмерная вазоконстрикция приводит к онемению и бледности кожи. Обморожение происходит только тогда, когда вода внутри клеток начинает замерзать. Это разрушает клетку, вызывая повреждение.
- Мышцы также могут получать сигналы от центра терморегуляции мозга ( гипоталамуса ), вызывающие дрожь. Это увеличивает выработку тепла, поскольку дыхание является экзотермической реакцией в мышечных клетках. Дрожь более эффективно способствует выработке тепла, чем физические упражнения, поскольку животное (включая человека) остается неподвижным. Это означает, что меньше тепла теряется в окружающую среду за счет конвекции . Существует два типа дрожи: низкой интенсивности и высокой интенсивности. При низкой интенсивности дрожи животные постоянно дрожат на низком уровне в течение нескольких месяцев в холодных условиях. При высокой интенсивности дрожи животные сильно дрожат в течение сравнительно короткого времени. Оба процесса потребляют энергию, однако при высокой интенсивности дрожи в качестве источника топлива используется глюкоза, а при низкой интенсивности обычно используются жиры. Это основная причина, по которой животные запасают еду зимой. [ нужна ссылка ]
- Бурые адипоциты также способны производить тепло посредством процесса, называемого несократительным термогенезом . В этом процессе триглицериды сжигаются до тепла, тем самым повышая температуру тела.
Связанные факторы
[ редактировать ]Фитнес
[ редактировать ]Чем лучше человек физически подготовлен, тем выше его способность приспосабливаться к изменению температуры. Это включает в себя адаптацию к жаре (сохранение прохлады). [12] и для холода (согревания). [13]
Возраст
[ редактировать ]Возраст может быть фактором способности человека адаптироваться к изменениям температуры. Исследования показали, что молодые люди более эффективно адаптируются к контакту с холодными поверхностями, чем пожилые. Примечательно, что хороший уровень физической подготовки позволил пожилым людям лучше справляться с ситуацией и в некоторой степени компенсировать снижение их способности к терморегуляции из-за старости. [14]
Масса тела
[ редактировать ]Было обнаружено, что высокая масса тела помогает терморегуляции при адаптации к жаркой среде. Это считается на том основании, что уровень жира в организме находился в пределах здорового диапазона, т.е. соотношение мышц и жира у человека было здоровым. [15] Тем не менее, было доказано, что избыток жира в организме дает некоторую пользу с точки зрения сохранения тепла, особенно во время погружения в холодную воду. По этой причине пловцы на открытом воздухе на длинные дистанции часто имеют обильный слой жира в организме. Однако это не всегда так, и высокий уровень физической подготовки может позволить более худым пловцам эффективно выступать в условиях холодной воды. [16]
Использование гипотермии
[ редактировать ]Понижение температуры тела человека использовалось в терапевтических целях, в частности, как метод стабилизации тела после травмы. Было высказано предположение, что регулировка аденозинового рецептора А1 в гипоталамусе может позволить людям войти в состояние, подобное спячке , с пониженной температурой тела, что может быть полезно для таких применений, как длительные космические полеты. [17]
Сопутствующее тестирование
[ редактировать ]Тест на терморегуляцию пота (TST) можно использовать для диагностики определенных состояний, которые вызывают нарушение регуляции температуры и дефекты выработки пота в организме.Для проведения теста пациента помещают в камеру, температура которой медленно повышается. Перед нагревом камеры пациента покрывают специальным индикаторным порошком, который меняет цвет при выделении пота. Этот порошок при изменении цвета будет полезен для визуализации того, какая кожа потеет, а какая нет. Результаты потоотделения пациента будут документированы с помощью цифровой фотографии, а аномальные показатели ТСТ могут указывать на наличие дисфункции в вегетативной нервной системе. Определенные различия могут быть сделаны в зависимости от типа потоотделения, обнаруженного при ТКП (наряду с анамнезом и клинической картиной), включая гипергидроз, мелкие волокна и вегетативную невропатию, множественную атрофию систем, болезнь Паркинсона с вегетативной дисфункцией и чисто вегетативную недостаточность. [18]
Сопутствующие физиологические процессы, заболевания и синдромы
[ редактировать ]- Гипотермия
- Гипертермия
- Тепловой удар
- Феномен Рейно ( болезнь Рейно )
- Нарушения эндокринной системы ( гипертиреоз , гипотиреоз )
- Вызванная гипотермия
- Эритромелалгия (гипертермия)
- Гипогидротическая эктодермальная дисплазия
- Термогенез
- Пойкилотермия
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гайтон, AC, и Холл, JE (2006). Учебник медицинской физиологии (11-е изд.). Филадельфия: Эльзевир Сондерс. п. 890.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б Харрисон Г.А., Таннер Дж.М., Пилбим Д.Р. и Бейкер П.Т. (1988) Биология человека: введение в эволюцию, изменчивость, рост и адаптируемость человека . (3-е изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета
- ^ Перейти обратно: а б Вайс М.Л. и Манн А.Е. (1985) Биология и поведение человека: антропологическая перспектива . (4-е изд.). Бостон: Литтл Браун
- ^ Гайтон и Холл (2006), стр.891-892.
- ^ Уилмор, Джек Х. и Костилл, Дэвид Л. (1999). Физиология спорта и физических упражнений (2-е изд.). Шампейн, Иллинойс: Кинетика человека.
- ^ Перейти обратно: а б Гайтон, Артур К. (1976) Учебник медицинской физиологии . (5-е изд.). Филадельфия: У. Б. Сондерс
- ^ Раймонд, Колин; Мэтьюз, Том; Хортон, Рэдли М. (01 мая 2020 г.). «Появление жары и влажности слишком сурово для человеческой переносимости» . Достижения науки . 6 (19): eaaw1838. Бибкод : 2020SciA....6.1838R . дои : 10.1126/sciadv.aaw1838 . ISSN 2375-2548 . ПМК 7209987 . ПМИД 32494693 .
- ^ Перейти обратно: а б Каносуэ К., Кроушоу Л.И., Нагашима К. и Йода Т. (2009). Концепции, которые следует использовать при описании терморегуляции, и нейрофизиологические данные о том, как работает система. Европейский журнал прикладной физиологии, 109 (1), 5–11. два : 10.1007/s00421-009-1256-6
- ^ Роберт М. Саргис, Обзор гипоталамуса: связь эндокринной системы с нервной системой (по состоянию на 19 января 2015 г.)
- ^ Перейти обратно: а б Ева В. Осилла; Дженнифер Л. Марсиди; Сандип Шарма (2020). «Физиология, терморегуляция». Статперлс . ПМИД 29939615 .
- ^ Перейти обратно: а б Джонс С., Мартин Р. и Пилбим Д. (1994) Кембриджская энциклопедия эволюции человека». Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
- ^ Джош Фостер, Саймон Г. Ходдер, Алекс Б. Ллойд и Джордж Хавенит (2020). «Индивидуальная реакция на тепловой стресс: последствия гипертермии и физической работоспособности» . Границы в физиологии . 11 : 541483. doi : 10.3389/fphys.2020.541483 . ПМЦ 7516259 . ПМИД 33013476 .
- ^ Янг, Стивен (22 января 1987 г.). «Хладнокровно» . Новый учёный . 1544 (22 января 1987 г.): 40–43 . Проверено 20 декабря 2022 г.
- ^ Янг, Стивен (22 января 1987 г.). «Хладнокровно» . Новый учёный . 1544 (22 января 1987 г.): 40–43 . Проверено 20 декабря 2022 г.
- ^ Джош Фостер, Саймон Г. Ходдер, Алекс Б. Ллойд и Джордж Хавенит (2020). «Индивидуальная реакция на тепловой стресс: последствия гипертермии и физической работоспособности» . Границы в физиологии . 11 : 541483. doi : 10.3389/fphys.2020.541483 . ПМЦ 7516259 . ПМИД 33013476 .
- ^ Янг, Стивен (22 января 1987 г.). «Хладнокровно» . Новый учёный . 1544 (22 января 1987 г.): 40–43 . Проверено 20 декабря 2022 г.
- ^ Джейсон Кеблер, Краткая история криосна , Материнская плата , 19 января 2016 г. (по состоянию на 19 января 2015 г.)
- ^ Ева В. Осилла; Дженнифер Л. Марсиди; Сандип Шарма (2020). «Физиология, терморегуляция». Статперлс . ПМИД 29939615 .
Текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
