Тема: Дослідження механізмів терморегуляції організмів
Кількість годин – 2
Мета заняття:
1. Мати уявлення про пойкілометрію і гомойотермію.
2. Вміти дати характеристику механізмам тепловіддачі і теплоутворення.
3. Засвоїти основні принципи функціонування центру терморегуляції.
ПЛАН ЗАНЯТТЯ
1. Вступ (робота з тестами).
2. Перевірка вихідного рівня знань.
3. Розгляд теоретичних питань.
1) Поняття про пойкілометрію і гомойотермію;
2) Температурні зони організму;
3) Місця вимірювання температури тіла.;
4) Періодичні коливання температури;
5) Механізми теплопродукції;
6) Механізми тепловіддачі;
7) Поняття про температурний комфорт;
8) Аферентна ланка регуляції ізометрії;
9) Центр терморегуляції: його структура і принцип роботи;
10) Еферентна ланка терморегуляції;
11) Поняття про гіпотермію, гіпертермію, гарячку.
4. Перевірка кінцевого рівня знань (розв’язування ситуаційних задач).
5. Виконання практичної роботи.
6. Заслуховування результатів самостійної роботи студентів.
7. Оцінювання, підсумки, домашнє завдання.
8. Теми рефератів “Закапив”, “Іванов”.
Поняття про пойкілометрію і гомойотермію
Між температурою тіла і біологічнимии проесами існує подвійний зв’язок. З одного боку, біологічні процеси, які відбуваються в організмі з використанням енергії, закінчуються виділенням тепла. З іншого боку, температура впливає на інтенсивність перебігу біологічних процесів. За правилом Ванг-Гоффа-Арреміуса при зміні температури середовища на 100С інтенсивність обміну змінюється в 2-3 рази.
В залежності від
Всі живі орагнізми діялть на 2 групи:
1. Пойкілотермні;
2. Гомойотермні.
Пойкілотермні орагінзми (від грецького poikilos – мінливий) – це орагнізми, температура тіла, яких коливається у відповідності з температурою навколишньогог середовища. Інтенсивність теплопродукції низька, температура тіла незначно перевищує температуру наколишнього середовища. Спеціальні механізми регуляції температури тіла відсутні.
Гомойотермні організми (від грецького homeo – подібний) – це організми. Які здатні підтримувати температуру тіла на сталому рівні. Інтенсивність теплопродукції висока. Температура тіла значно перевищує температуру навколишнього середовища, розвинуті спеціальні механізми регуляції температури тіла.
Внаслідок такого еволіційного надбання як гомойотермія, еволіційний потенціал живих організмів істотно підвищився. Гомойотермні організми у зв’язку зі здатністю підтримувати температуру, відповідно і сталий, незалежний від температури навколишнього середовища рівень активності, мають суттєві переваги перед пойкілотермними організмами у багатьох відношеннях.
Справедливо відзначити, що в деяких випадках і пойкілотермія має певні переваги. Наприклад, якщо харчові ресурси коливаються разом із сезонними змінами. Так при охолодженні жаби можуть витримувати відсутність їжі протягом декількох місяців.
Які наслідки відхилення від константого рівня для гомойотермних організмів:
1. Змінюється структура і функція білків.
2. Змінюється швидкість ферментних реакцій.
3. Змінюється структура і функція нуклеїнових кислот.
4. Змінюється фізично-хімічний стан і функції ліпідів і мембран.
Все це призводить до порушень стурктури і функцій всіх органів і систем.
Для гомойотермних організмів верхньою вже летальною температурою є межа 43-450С, нижньою –
2. Температурні зони рганізму.
При дослідженні температури окремих частин тіла людини з’ясувалося, що не всі вони мають однакову температуру, і не в усіх спостерігається сувора гомойотермія. В тілі людини віділяють: оболонку (пойкілотермну) і ядро (гомойотермне). Співвідношення між ними нестале і в залежності від переходної зони ядро може збільшуватися або зменшуватися. При підвищеної температурі збільшується і ядро.
Вимірювання температури тіла дуже важливе для клініки, оскільки багато патологій супроводжується зміною цього параметра. Природньо, що перш за все лікаря цікавить температура ядра. Вважають, що найбільш точно температура ядра відзеркалює температуру стравоходу (над входом у шлунок). Однак її вимірювання технічно складне (реєструють за допомогою гнучких термодатчиків), тому використовується тільки з науковою метою, як правило в спортивній медицині.
З клінічною метою предпочтительнее вимірювати ректальну температуру. Термометр вводять у першу кишку на глибину 10-15 см.
Використовується також вимірювання оральної (або точніше під’язичної температури), вона на 0,2-0,50 нижче ректальної. Найменш точно відповідає температура ядра температурою в підпахвою. Рука має бути щільно притиснута до грудної клітки протягом 5 хвилин, щоб під пахвою накопичилась істотна кількість тепла і встановилась стала температура. Якщо ж поверхневі тканини були охолоджені внаслідок перебування в умовах низької температури або ж в них відбулося звуження судин, що часто відбувається при застуді для встановлення теплової рівноваги має пройти не мешне ніж півчаса.
Таким чином, клінічних умовах температуру тіла вимірюють під пахвою, у прямій кишці у ротовій порожнині.
3. Періодичні коливання температури тіла.
1. Протягом доби (о 4 ранку найнижча) (о 1700 найвища). Розмах коливань 10С,максимальний вдень. У тварин, які активні вночі максимум вночі.
Найпростіще пояснення цього факту може полягати в тому що максимальна температура тоді коли максимальна фізична активність. Але таке пояснення виявилося невірним.
З’ясувалося, що коливання температури тіла є одним із добових ритмів. Навіть у тому випадку коли вимкнуті всі орієнтовні сигнали (світло, години вживання їжі, робота і відпочинок) температура тіла продовжує коливатися циклічно.
Таким чином коливання температури засноване на ендогенному ритмі (біологічний годинник) і синхронізоване з зовнішнім сигналом, в частності з обертанням землі.
2. Протягом менструального цилу. (в 1 половині циклу температура на 0,50 С нижча, після овуляції вищча). Коливання пов’язане з ритмом горомнальної активності.
3. Температура може змінюватись в залежності від прийняття їжі. Це пов’язане з тим, що після прийняття їжі інт. Обмінний процес збільшується (
на 6%).
4. Температура залежить і від інтенсивної м’язової роботи. Після 2 годинного марафону температура ядра може підвищуватися до 40-410С.
4. Механізми терморегуляції.
Головна уова підтримки сталої температури це досягнення рівноваги між теплопродукцією (хім. терморегуляція) і тепловіддачею (фізична терморегуляція).
Теплопродукція відбувається внаслідок безперервного перебігу екзотермічних реакцій. Ці реакції відбуваються в усіх органах і тканинах, але з різною інтенсивністю. У тканинах і органах, в яких відбувається активна робота (м’язова тканина, печінка, нирки) вивільнюється більша кількість тепла, ніж в менш активних (сполучна тканина, кістки, хрящі).
Механізми теплопродукції.
1. Нескоротливий термогенез.
1) Виділення тепла за рахунок обмінних процесів. Регулюється СНС. Норадреналін стимулює виділення жирових кислот із жирових крапель і їх окиснення.
2) Виділення температури за рахунок розщеплення бурого жиру. Це тканина, яка містить багато мітохондрій. Вона розташована між лопатками, під пахвою……
2. Скоротливий термогенез ініціюється і підтримується руховою системою. Провідні шляхи – цереброспінальний, ретикулоспінальний. Існує центральний “тремтільний” шлях – від заднього гіпоталамуса до рухових ядер середнього і довгастого мозку.Найбільш інтенсивне утворення тепла в організмі відбувається у м’язах. Якщо людина лежить нерухомо з напруженою мускулатурою, теплопродукці підвищується на 10% за умов невеликої рухової активності теплопродукція посилюється на 50-80%, а при інтенсивній м’язовій роботі на 400-500%. Довільна імітація тремтіння посилює теплоутворення на 200%.
ü тремтіння;
ü тонус м’язів;
ü произв. скорочення.
Механізми тепловіддачі.
1. Випромінювання (60%) за рахунок інфрачервого випромінювання, залежно від температури повітря.
2. Випромінювання (20%) з поверхні шкіри і слизових дихальних шляхів.
Випоровування буває двох видів:
1. Втрата води за рахунок дифузії через шкіру і слизові оболонки. Це невідчувана так звана незалозиста втрата.
2. Втрата води в результаті функціонування потових залоз. Це так звана залозиста втрата.
2-угий механізм знаходиться під контролем системи терморегуляції.
Якщо температура середовища більше температури тіла віддача тепла може здійснюватись тільки за рахунок випаровування. В цих умовах ефективність потовиділення зростає.
Процес випаровування супроводжується поглинанням тепла (1 мг Н2О – 0,58 ккал.). В умовах основног обміну тілом людини віддається за допомогою випаровування 1675-2093 кДж. С поверхні тіла при цьому випаровується 700-800 мл Н2О, з них 300-350 мл в легенях, 400-500 мл – з поверхні шкіри. Випаровування залежить від вологості повітря. Якщо повітря насичене водяними порами вода випаровуватись не може. Тому при високій вологості повітря висока температура переноситься важче. В бані (лазня) пот виділяється, але не випаровується і стікає. Таке потовиділення не сприяє тепловіддачі. У шкірі людинти 2-2,5 млн. потових залоз, які здатні за добу виділяти 12 л пота з максимальною швидкістю до 4л/годину. Потовиділення регулюється симпатичними холенергічними волокнами.
3. Конвекція (12-15%) – віддача тепла у навколишнє повітря (або воду). Залежить від температури повітря і швидкості руху повітря (або води). Вода порівняно з повітрям має більшу теплопровідність і теплоємкість. У воді від тіла шляхом конвекції відводиться значно більше тепла. Якщо вода рухається – ще більше.
4. Теплопроведення (кондукція) – 12-15%. Віддача тепла при контакті з навколишніми предметами.
Фактори, які впливають на віддачу тепла.
1. Одяг. Зменшує тепловіддачу. Втраті тепла запобігає шар нерухомого повітря, який знаходиться між одягом і шкірою. Повітря є поганим провідником тепла. Чим більше ячійок в структурі одягу, тим вищі її теплоізолюючі властивості. Цим пояснюються гарні теплоізолюючі властивості шерстяної і хутрового одягу.
2. Підшкірна жирова клітковина. Зменшує тепловіддачу. У зв’язку з невеликою теплопровідністю жиру.
Поняття про температуру комфорта.
1. Відчуття температурного комфорта виникає при мінімальному рівні аферентації. Для шкіри це 34-380С. Для внутрішніх органів 37,0-37,50С.
Температура комфорта повітря при вологості 50% для легкоодягненої людини 25-260С, для роздягненої – 280С. Температура комфорта води 35-360С.
Механізми терморегуляції
Існує 2 механізми, які забезпечують підтримку сталої температури:
1. Негайна (короткочасна);
2. Довготривала адаптація.
Негайна адаптація забезпечує адаптацію організма до швидкозмінюючоїся температури. Механізми її вмикаються поетапно. Спочатку реалізуються поведінкові механізми: людина одягає одяг, звертається в клубок для зменшення тепловіддачі, або розплескується для збільшення віддачі тепла.
Іде в тінь, або на сонце, торкається теплих або холодних предметів, виконує м’язову роботу або не рухається. Більшість поведінкових реакцій є умовно-рефлекторними актами. Потім вмикаються безумовні рефлекси соматинної і вегетативної системи, гуморальна регуляція, СНС, катехоломіни, тироїдні гормони прискорюють процеси обміну речовин.
Сприяють теплоутворенню – тонус м’язів, тремтіння, довільні рухи. Провідну роль у зміні тепловіддачі має перерозподіл кровотоку. Звуження судин шкіри і пришкіряної клітковини, закриття артеріовенозних анастомозів сприяє збереженню тепла.
Тонус судин регулюється ВНС і гормонами.
Довготривала адаптація виникає наприклад при сезонній осінній і веснянній акліматизації. В її основі лежать переважно гуморальні механізми. При охолодженні організма посилюється секреція тіротропіна збільшується утворення гормонів щитоподібної залози, збільшується продукція тепла. Якщо організм повторно охолоджується то стимуляція секреції тіротропіна виникає вже навіть при дії сигналів, які дають охолодженню, внаслідок виникнення умвоних рефлексів. Ця обставина має велике значення при загартовуванні організма.
Участь наднирників в терморегуляції пов’язана з утворенням адреналіну. Він посилює окисні процеси в тканинах, таким чином в м’язах, збільшується теплоутворення, звужує судини шкіри, зменшує тепловіддачу.
Регуляція ізотермії складається з аферентної ланки, центру, еферентної ланки.
Аферентна ланка
Температура тіла контролюється терморецепторами:
I. По розташуванню бувають центральні і переферічні.
Центральні розташовані в гіпоталамусі (передня преоптична частина), в шийно-грудному відділі спинного мозку, в м’язах, в абдомінальній зоні. Ці рецептори контролюють температуру ядра. Центральні терморецептори здатні розрізняти різницю температури в 0,0110С.
Периферичні терморецептори розташовані в шкірі. Ці рецептори контролюють температуру оболонки.
II. По механізму збудження.
- теплові;
- холодові.
Еферентна ланка
Посилення або пригнічення теплопродукціїї або тепловіддачі.
Гіпотермія (переохолодження). Стан при якому температура тіла нижча 350С. Може виникати при:
1) погружении в холодну воду;
2) взимку при дії низької температури навколишнього середовища;
3) при старінні.
Гіпертермія (перегрівання). Може виникати при:
1) інтенсивній фізичній роботі;
2) при дії високої температури навколишнього середовища.
Гарячка – підвищення температури тіла, пов’язане з перебудовою терморегуляції.
Під впливом пірогенів (напр. Інтерлейкін 1) зменшується чутливість нейронів установочної точки до імпульсів які надходять від термостата. В результаті нормальної температури тіла сприймається як знижена. Активний центр теплоутворення гальмує центр тепловіддачі. Температура тіла зростає.
Холодові і теплові рецептори мають спонтанну активність. В теплових рецепторах спостерігається активність в температурному діапозоні 20-400С, максимальна активність при температурі 380С. В холодових рецепторах спостерігається активність в темпераутрному діапазоні 10-400С, максимальна активність при 20-340С. Збільшенна або зменшенна температура призводить до зростання частоти розрядів у відповідних рецепторах.
Центр терморегуляції
Центр терморегуляції знаходиться в передньому (преоптична ділянка) і задньому (дорсо- і вентромедіальні ядра) гіпоталамусі.
Функціонально виділяють 4 групи нейронів:
1. Нейрони “установочної” точки. Це група термонечутливих нейронів, які задають рівень температури ядра тіла.
2. Нейрони “термостата” – це група термочутливих нейронів, які безпосередньо сприймають температуру крові, яка протікає через гіпоталамус. Сюди ж надходить інформація від периферичних терморецепторів. Нейрони термостата виводять середню температуру ядра тіла.
Від термостату інформація надходить до “установочної” точки де температура ядра порівнюється з запрограмованим рівнем.
Якщо температура ядра вища темпераутри 2установочної” точки – центр теплопродукції гальмується, центр тепловіддачі збуджується.
Якщо температура ядра нище температури “установочної” точки – центр терморегуляції збуджується, центр тепловіддачі гальмується.
3. Центр теплопродукції. Знаходиться в задньому гіпоталамусі. Збудження його нейронів викликає посилення теплопродукції.
4. Центр тепловіддачі. Знаходиться в преоптичній зоні переднього гіпоталамуса. Збудження його нейронів викликає посилення тепловіддачі.
 |
Контрольні тести з розділу “Терморегуляція”
ВАРІАНТ І
1. Вставте пропущені слова.
Мозкова речовина наднирників бере участь в терморегуляції вивільнюючи ………, який ……… судини шкіри.
a) адреналін, звужує;
b) альдостерон, звужує;
c) адреналін, розширює;
d) вальдостерон, розширює.
2. За яких умов тепловіддача організму найбільш ефективна за рахунок випромінювання:
a) при розширенні судин шкіри;
b) при зменшенні температури повітря;
c) при підвищенні температури повітря;
d) при посиленому потовиділенні;
e) при звуженні судин шкіри.
3. Які органи забезпечують найбільшу тепловіддачу у людини:
a) скелетні м’язи;
b) нирки;
c) шкіра;
d) потові залози;
e) слизова оболонка.
4. Назвіть пристосувальні реакції при дії низької температури навколишнього середовища.
a) зниження тонуса скелетних м’язів;
b) збільшення тонуса скелетних м’язів;
c) почервоніння шкіри;
d) тремтіння;
e) довільно м’язова активність.
5. При зростанні температури навколишнього середовища інтенсивність обміну енергії:
a) збільшується;
b) зменшується;
c) не змінюється.
6. Центр терморегуляції знаходиться:
a) в корі великих півкуль;
b) в таламусі;
c) в гіпоталамусі;
d) в довгастому мозку.
7. Як зміниться інтенсивність обмінних процесів при подразненні задніх ядер гіпоталамуса?
a) підвищиться;
b) зменшиться;
c) не зміниться.
8. Який основний механізм тепловіддачі при кімнатній температурі?
a) випаровування;
b) випромінювання;
c) конвекція;
d) теплопроведення;
e) скоротливий термогенез;
f) нескоротливий термогенез.
9. При охолодженні організма секреція тіреотропних гормонів:
a) зростає;
b) зменшується;
c) не змінюється.
10.
Контрольні тести з розділу “Терморегуляція”
ВАРІАНТ ІІ
1. Вставте пропущенні слова.
Введення атропіна буде …….. потовиділення, що ……… тепловіддачу:
a) гальмувати, пригнічує;
b) гальмувати, сприяє;
c) стимулювати, пригнічує;
d) стимулювати, сприяє.
2. Назвіть основні місця утворення тепла в організмі:
a) скелетні м’язи;
b) легені;
c) печінка;
d) шкіра.
3. Яке значення має симпатична нервова система для терморегуляції:
a) розширює судини шкіри;
b) звужує судини шкіри;
c) посилює окисні процеси в тканинах;
d) викликає гіпоглікемію.
4. Назвіть пристосувальні реакції при дії високої температури навколишнього середовища:
a) почервоніння шкіри;
b) тремтіння;
c) посилення потовиділення;
d) довільна м’язова активність.
5. За яких умов може посилюватись тепловіддача організма шляхом випаровування:
a) при температурі навколишнього середовища 25-260С;
b) при температурі навколишнього середовища 350С;
c) при вологому повітрі;
d) при сухому повітрі.
6. При зниженні температури навколишнього середовища інтенсивність обміну енергії:
a) збільшується;
b) зменшується;
c) не змінюється.
7. Максимальна температура тіла людини спостергається в наступний час доби:
a) 10-12 год.;
b) 12-14 год.;
c) 16-18 год.
8. Вставте пропущені слова.
Центр теплопродукції розташований у …….. гіпоталамусі і збуджується при подразненні ……… терморецепторів.
a) задньому, холодових;
b) задньому, теплових;
c) передньому, холодових;
d) передньому, теплових.
9. Назвіть особливості гомойотермних організмів:
a) інтенсивність теплопродукції низька;
b) інтенсивність теплопродукції висока;
c) t тіла незначно перевищує t навколишнього середовища;
d) t тіла значно перевищує t навколишнього середовища;
e) спеціальні механізми регуляції t тіла відсутні;
f) розвинуті спеціальні механізми регуляції t тіла.
10. Навіть основні механізми фізичної терморегуляції:
a) нескоротливий термогенез;
b) випаровування;
c) тремтіння;
d) конвекція;
e) тонус м’язів.
