Механизм теплообмена между человеком и окружающей средой

Содержание
  1. Теплообмен – основные виды в физике, суть и примеры
  2. Виды теплообмена и способы передачи тепла
  3. Теплопроводность
  4. Конвекция
  5. Излучение
  6. Терморегуляция человека: механизмы, процессы, нарушения
  7. Что такое терморегуляция организма человека
  8. Система терморегуляции человека
  9. Механизм теплопродукции
  10. Механизм теплоотдачи
  11. Перспирация
  12. Излучение электромагнитных волн
  13. Кондукция
  14. Центр терморегуляции
  15. Нарушения терморегуляции организма: причины, симптомы и лечение
  16. Терморегуляция – это… Терморегуляция и обмен веществ
  17. Диапазон температур
  18. Ядро и оболочка
  19. Теплообразование и теплоотдача
  20. Закаливание
  21. Терморецепторы
  22. Виды терморегуляции
  23. Физическая терморегуляция
  24. Испарение и излучение
  25. Кондукция и конвекция
  26. Химическая терморегуляция
  27. Управление терморегуляцией
  28. Как наше тело вырабатывает тепло, если для этого нет специального органа
  29. Как работает наша печка?
  30. Кто в нашем организме главный энергетик?
  31. Интересные факты

Теплообмен – основные виды в физике, суть и примеры

Механизм теплообмена между человеком и окружающей средой

Передача тепла или теплообмен это процесс распространения внутренней энергии в пространстве с разными температурами.

Теплопроводность это способность веществ и тел проводить энергию (тепло) от частей с высокой температурой к частям с более низкой. Такая способность существует за счет движения частиц. Энергия может передаваться между телами и внутри одного тела. Нагревая в пламени один конец гвоздя, мы рискуем обжечься о другой его конец, не находящийся в пламени.

В начале развития науки о свойствах тел и веществ считалось, что тепло передается путем перетекания «теплорода» между телами. Позже, с развитием физики, теплопроводность получила объяснение взаимодействием частиц вещества. Электроны в нагреваемом над огнем участке гвоздя движутся активнее и через столкновения отдают тепло медленным электронам в части, которая не подвергается нагреванию.

Виды теплообмена и способы передачи тепла

В физике выделяют несколько видов теплообмена:

  1. Теплопроводность – свойство материалов передавать через свой объем поток тепла путем обмена энергией движения частиц.

  2. Конвекция – перенос тепла, осуществляемый перемещением неравномерно прогретых участков среды (газа, жидкости) в пространстве.

  3. Излучение – в данном случае перенос тепла в вакууме или газовой среде осуществляется электромагнитными волнами.

Рассмотрим сущность и назначение каждого из видов теплообмена.

Теплопроводность

В большинстве случаев виды теплообмена тесно связаны и проходят одновременно. Конвекция всегда дополняется теплопроводностью, так как при движении объема среды всегда имеется взаимодействие частиц с разными температурами. Такой процесс имеет название конвективного теплообмена. 

Примером такого типа теплообмена является остывание горячего чая, налитого в холодную металлическую кружку. Отдача тепла может сопровождаться его излучением, тогда в переносе теплоты участвуют все три вида: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение.

Рассмотрим более подробно теплопроводность.

Этот вид теплообмена присущ твердым телам, но присутствует так же в жидкостях и газах. В твердых телах теплопроводность является основным видом теплообмена и напрямую зависима от природы вещества, его плотности, химического состава, влажности, температуры.

Разные тела и вещества имеют разную теплопроводность. Количественным показателем теплопроводности служит коэффициент теплопроводности, он обозначается буквой λ (лямбда). Чем выше плотность, влажность и температура тела, тем больше λ.

Проведение тепла происходит за счет взаимодействий между частицами. Конечной целью процесса будет выравнивание внутренней температуры по всему телу. Теплопроводность жидкостей меньше, чем у твердых тел, у газов – меньше, чем у жидкостей. Причиной является большое расстояние между молекулами в жидкостях, особенно в газах. 

Низкая теплопроводность воздуха издавна используется при изготовлении двойных оконных рам. Теплопроводность воздуха гораздо ниже теплопроводности стекла. Воздушная прослойка межу стеклами защищает от зимней стужи.

Плохая теплопроводность, появившаяся в процессе эволюции в качестве защиты от критических температур, у живых организмов. Шерсть, пух, волосы, жир обладают очень низкой теплопроводностью. Именно поэтому мы не мерзнем зимой в теплых носках, песцы могут спать на снегу, а моржи выживают в условиях Арктики за счет жировой прослойки.

В таблице приведены примеры материалов, веществ и сред с наименьшей и наибольшей теплопроводностью.

Таблица 1

Исходя из данных, приведенных в таблице, можно сделать некоторые выводы:

  1. В вакууме тепло не проводится. Передача тепла в вакууме может происходить с помощью излучения. Таким способом тепло Солнца доходит до нашей планеты.

  2. Материал с наивысшей теплопроводностью называется графен, который активно используется в наноэлектронике.

  3. Металлы тоже достаточно теплопроводные. Известно, как быстро нагревается металлическая ложка в горячем супе.

  4. Строительные материалы обладают низкой теплопроводностью, что и обуславливает их использование для возведения теплых и надежных жилищ.

С понятием теплопроводности тесно связано понятие теплоемкости.


Теплоемкостью называют количество тепла, которое поглотило тело (вещество), чтобы его температура повысилась на 1 градус. Действительно, для повышения температуры металлического стержня на 1 градус, необходимо, чтобы он обладал теплопроводностью для равномерного нагревания всего объёма.

Знания о теплопроводности веществ и материалов необходимы в строительстве, промышленности, быту. Степень теплопроводности материала обуславливает его применение в той или иной сфере. Разработка и поиск новых веществ с уникальными теплоизоляционными свойствами – важнейшая задача современной науки.

Конвекция

При конвекции энергия передается потоками, возникающими в различных средах. 

В зависимости от причины возникновения, процессы этого типа теплообмена делят на естественную и вынужденную конвекцию:

  1. Естественная конвекция возникает под влиянием естественных сил: неравномерного прогрева, силы тяжести. Процессы естественной конвекции происходят на планете ежеминутно.

    Появление облаков, формирование атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов в атмосфере возможно благодаря этому процессу. Воды мирового океана так же подвержены процессам конвекции, в результате образуются океанические течения.

    Движение тектонических плит так же обусловлено конвективными процессами.

  2. Вынужденная конвекция – зависит от присутствия внешних сил. Например, при помешивании ложкой горячий чай остывает именно за счет этого явления.

Излучение

Излучение тепла является электромагнитным процессом. Тепло выделяют любые тела, температура которых выше 0 К. 

Тепло излучается телами благодаря тому, что любое вещество состоит из молекул и атомов, а они, в свою очередь, из заряженных протонов и электронов. Таким образом, любое тело оказывается пронизанным электромагнитным полем.

Источник: https://nauka.club/fizika/teploobmen.html

Терморегуляция человека: механизмы, процессы, нарушения

Механизм теплообмена между человеком и окружающей средой

Терморегуляция человека – набор чрезвычайно важных механизмов, поддерживающих стабильность температурного режима организма в разных условиях внешней среды. Но почему человек так нуждается в неизменной температуре тела, и что будет, если она начнет колебаться? Как протекают терморегуляционные процессы и что делать, если природный механизм дает сбой? Обо всем этом — ниже.

Что такое терморегуляция организма человека

Человек, как и большинство млекопитающих — гомойотермное создание. Гомойотермия – это способность организма обеспечивать себе постоянство уровня температуры, в основном с помощью физиолого-биохимических реакций.

Терморегуляция организма человека – это эволюционно сформировавшийся набор механизмов, которые срабатывают за счет гуморальной (посредством жидкой среды) и нервной регуляции, метаболизма (обмена веществ) и энергетического обмена. Различные механизмы имеют различные способы и условия срабатывания, поэтому их активация зависит от времени дня, пола человека, числа прожитых лет и даже положения Земли на орбите.

Терморегуляция в организме человека выполняется рефлекторно. Специальные системы, действие которых направлено на контроль температуры, регулируют интенсивность отдачи или поглощения тепла.

Система терморегуляции человека

Поддержание температурного режима тела на постоянном заданном уровне осуществляется при помощи двух противоположных механизмов терморегуляции организма человека — отдачи и продукции тепла.

Механизм теплопродукции

Механизм теплопродукции, или химическая терморегуляция человека – процесс, способствующий повышению температуры организма. Он имеет место при всех обменах веществ, но, по большей мере, в мышечных волокнах, клетках печени и клетках бурых жировых отложений. Так или иначе, в продуцировании тепла участвуют все тканевые структуры.

В каждой клетке человеческого тела происходят окислительные процессы, расщепляющие органические вещества, в ходе которых какая-то доля выделяемой энергии уходит на нагревание организма, а основное количество – на синтезирование аденозинтрифосфатной кислоты (АТФ).

Это соединение является удобной формой для накопления, транспортировки и эксплуатации энергии.

Так выглядит молекула АТФ

Во время понижения температуры рефлекторным образом понижается и скорость обменных процессов в человеческом теле, и наоборот. Химическая регуляция активизируется в тех случаях, когда физической составляющей теплообмена не хватает для поддержания нормального температурного значения.

Механизм теплопродукции активизируется при поступлении сигналов от холодовых рецепторов.

Это происходит, когда температура окружающей среды становится ниже так называемой «зоны комфорта», которая для легко одетого человека лежит в температурных рамках от 17 до 21 градуса, а для голого человека составляет приблизительно 27-28 градусов.

Стоит отметить, что для каждого индивидуума «зона комфорта» определяется индивидуально, она может меняться в зависимости от состояния здоровья, массы тела, места проживания, времени года и т.п.

Чтобы повысить выработку тепла в организме включаются механизмы термогенеза. Среди них выделяют следующие.

1. Сократительный.

Этот механизм активизируется за счет работы мышц, в ходе которой ускоряется разложение аденозитрифосфата. При его расщеплении выделяется вторичная теплота, эффективно согревающая тело.

Сокращения мышц в таком случае происходят непроизвольно — при поступлении импульсов, исходящих из коры головного мозга. Как результат, в теле человека можно наблюдать значительное (до пяти раз) повышение выработки тепла.

Так кожа реагирует на холод

При незначительном понижении температуры увеличивается терморегуляционный тонус, что наглядно проявляется в появлении на коже «мурашек» и поднятии волосков.

Неконтролируемые мышечные сокращения при сократительном термогенезе называют холодовой дрожью. Повысить температуру организма при помощи сокращений мышц можно и осознанно – проявляя двигательную активность. Физическая нагрузка способствует повышению теплопродукции до 15 раз.

2. Несократительный.

Данный вид термогенеза может повысить теплопродукцию почти втрое. В его основе лежит катаболизм (расщепление) жирных кислот. Этот механизм регулируется при помощи симпатической нервной системы и гормонов, выделяемых щитовидной железой и мозговым веществом надпочечников.

Механизм теплоотдачи

Механизм теплоотдачи, или физическая составляющая терморегуляции – это процесс избавления организма от лишнего тепла. Постоянное значение температуры поддерживается за счет выведения тепла через кожу (путем кондукции и конвекции), радиации и выведения влаги.

Часть теплоотдачи происходит за счет теплопроводности кожи и слоя жировой клетчатки. Процесс регулируется по большей части кровообращением. При этом тепло от кожи человека отдается твердым предметам при прикасании к ним (кондукция) или окружающему воздуху (конвекция). Конвекция составляет значимую часть теплоотдачи — в воздух передается 25-30% человеческого тепла.

Радиация или излучение — это перенос энергии человека в пространство или на окружающие предметы, имеющие более низкую температуру. С излучением уходит до половины человеческого тепла.

И, наконец, испарение влаги с поверхности кожи или из дыхательных органов, на которое приходится 23-29% потери тепла. Чем больше показатель температуры тела превышает норму, тем активнее организм охлаждается при помощи испарения — поверхность тела покрывается потом.

В случае, когда температура окружающей среды значительно превышает внутренний показатель организма, испарение остается единственным действенным механизмом охлаждения, все прочие перестают работать. Если же высокая внешняя температура еще сопровождается повышенной влажностью, которая затрудняет потоотделение (т.е. испарение воды), то человек может перегреться и получить тепловой удар.

Рассмотрим механизмы физической регуляции температуры тела более подробно:

Перспирация

Суть этого вида теплоотдачи состоит в том, что энергия направляется в окружающую среду путем испарения влаги с кожного покрова и слизистых оболочек, устилающих дыхательные пути.

Этот вид теплоотдачи — один из наиважнейших, поскольку, как уже отмечалось, может продолжаться в среде с высокой температурой, при условии, что процент влажности воздуха будет меньше 100. Это объясняется тем, что чем выше влажность воздуха, тем хуже вода будет испаряться.

Важным условием для эффективности перспирации является циркуляция воздуха. Поэтому если человек будет в непроницаемой для воздухообмена одежде, то пот через какое-то время потеряет возможность испаряться, поскольку влажность воздуха под одеждой превысит 100%. Это приведет к перегреву.

В процессе потоотделения энергия человеческого организма тратится на то, чтобы разорвать молекулярные связи жидкости. Теряя молекулярные связи, вода принимает газообразное состояние, а тем временем излишек энергии выходит из организма.

Испарение воды со слизистых оболочек дыхательных путей и испарение через поверхностную ткань — эпителий (даже когда кажется, что кожа сухая) называется неощутимой перспирацией. Активная работа потовых желез, при которой происходит обильное потоотделение и теплоотдача, называется ощутимой перспирацией.

Излучение электромагнитных волн

Данный способ теплоотдачи работает за счет излучения инфракрасных электромагнитных волн. По законам физики, любой объект, температура которого поднимается выше температуры окружающей среды, начинает отдавать тепло посредством излучения.

Инфракрасное излучение человека

Чтобы не допустить чрезмерной утечки тепла таким способом, человечество изобрело одежду. Ткань одежды помогает создать воздушную прослойку, температура которой принимает значение температуры тела. Это уменьшает излучение.

Количество тепла, рассеиваемого объектом, пропорционально площади поверхности излучения. Это означает, что, меняя положение тела, можно регулировать свою теплоотдачу.

Кондукция

Кондукция или теплопроведение происходит при прикосновении человека к любому другому предмету. Но избавление от излишка тепла может произойти только в том случае, если объект, с которым человек вступил в контакт, имеет более низкую температуру.

Важно помнить, что воздух с низким процентом влажности и жир имеют малое значение теплопроводности, поэтому являются теплоизоляторами.

Центр терморегуляции

Центр терморегуляции человека находится в головном мозге, а именно – в гипоталамусе. Гипоталамус – это часть промежуточного мозга, которая включает в себя множество клеток (около 30 ядер). Функции этого образования заключаются в поддержании гомеостаза (т.е. способности организма к саморегуляции) и деятельности нейроэндокринной системы.

Одной из самых важных функций гипоталамуса является обеспечение и контроль действий, направленных на терморегуляцию тела.

При выполнении этой функции в центре терморегуляции у человека происходят такие процессы:

  1. Периферические и центральные терморецепторы передают информацию в передний отдел гипоталамуса.
  2. В зависимости от того, в нагревании или в охлаждении нуждается наш организм, активизируется центр теплопродукции либо центр теплоотдачи.

При передаче импульсов от рецепторов холода начинает функционировать центр теплопродукции. Он находится в задней части гипоталамуса. От ядер по симпатической нервной системе двигаются импульсы, повышающие скорость обменных процессов, сужающие сосуды, активизирующие скелетные мышцы.

Если организм начинает перегреваться, то начинает активно работать центр теплоотдачи. Он находится в ядрах переднего отдела гипоталамуса. Возникающие там импульсы являются антагонистами механизма теплопродукции. Под их влиянием у человека происходит расширение сосудов, повышается потоотделение, — организм охлаждается.

В терморегуляции человека принимают участие также другие отделы центральной неравной системы, а именно кора больших полушарий мозга, лимбическая система и ретикулярная формация.

Основная функция температурного центра в головном мозге – поддержание постоянного температурного режима. Он определяется суммарным значением температуры организма, когда оба механизма (теплопродукция и теплоотдача) активны менее всего.

Органы внутренней секреции также играют немаловажную роль в терморегуляции тела человека. При пониженной температуре щитовидная железа увеличивает продукцию гормонов, которые ускоряют обменные процессы. Надпочечники владеют способностью контролировать теплоотдачу за счет гормонов, регулирующих процессы окисления.

Нарушения терморегуляции организма: причины, симптомы и лечение

Нарушением терморегуляции называют внезапные изменения температуры тела или отклонения от нормы в 36,6 градусов по Цельсию.

Причинами температурных колебаний могут стать как внешние факторы, так и внутренние, например, заболевания.

Специалисты различают следующие нарушения терморегуляции:

  • озноб;
  • озноб при гиперкинезе (непроизвольных мышечных сокращениях);
  • гипотермия (переохлаждение организма). Гипотермии посвящена отдельная статья на нашем сайте;
  • гипертермия (перегрев организма).

Причин нарушений терморегуляции множество, самые распространенные из них приведены ниже:

  • Приобретенный или врожденный дефект гипоталамуса (если проблема в этом, то перепады температуры могут сопровождаться сбоями в работе желудочно-кишечного тракта, органов дыхания, сердечно-сосудистой системы).
  • Перемена климата (как внешний фактор).
  • Злоупотребление алкогольными напитками.
  • Следствие процессов старения.
  • Психические расстройства.
  • Вегетососудистая дистония (на нашем сайте вы можете прочитать о температурных перепадах при ВСД).

В зависимости от причины, перепады температуры могут сопровождаться различными симптомами, частыми из которых являются лихорадка, головная боль, потеря сознания, сбои в работе пищеварительной системы, ускоренное дыхание.

При нарушениях регуляции температуры организмом нужно обратиться к неврологу. Основные принципы лечения данной проблемы заключаются в:

  • приеме препаратов, воздействующих на эмоциональное состояние пациента (если причина в расстройствах психики);
  • приеме препаратов, оказывающих влияние на деятельность центральной нервной системы;
  • приеме лекарств, способствующих усиленной теплоотдаче в сосудах кожи;
  • общей терапии, в которую входит: физическая активность, закаливание, здоровое питание, прием витаминов.

Источник: https://temperaturka.com/termoregulaciya/cheloveka

Терморегуляция – это… Терморегуляция и обмен веществ

Механизм теплообмена между человеком и окружающей средой

Терморегуляция – это механизм, который позволяет живым организмам поддерживать постоянство внутренней среды. Большинство процессов в теле человека зависят от температуры: обмен веществ, синтез белков и гормонов, пищеварение, когнитивные функции. Кроме того, перегрев или переохлаждение могут привести к серьезным заболеваниям и даже смерти.

Диапазон температур

Для нормальной жизнедеятельности человека крайне важна терморегуляция. Температура тела здоровых людей находится в узком диапазоне от 36.0 до 37.0 по Цельсию. Резкое снижение или увеличение данных значений обычно приводит к летальному исходу.

На жаре человек интенсивно потеет. Потеря жидкости таким способом приводит к обезвоживанию, иногда довольно серьезному. Вместе с потом организм покидают витамины и минеральные вещества. Из-за дегидратации кровь становится гуще, нарушается обмен веществ.

Нормальная потеря воды во время потоотделения – до трех процентов от общей массы тела. Если это значение перевалило за шестипроцентный барьер, страдают когнитивные функции. Для смертельного исхода достаточно двадцати процентов. Кроме того, существует еще одна опасность.

Во время длительного пребывания на солнце организм накапливает больше тепла, чем отдает в окружающую среду, и по закону термодинамического равновесия постепенно тело человека нагревается до температуры воздуха, то есть до 39-41 градуса Цельсия. Это влечет за собой тепловой удар и потерю сознания.

Сердечно-сосудистая система тоже работает на износ: пульс учащается, давление повышается, кровь с трудом проходит по сосудам.

Переохлаждение не менее опасно для человека. На холоде сосуды организма сужаются, что вызывает ишемию тканей. И если воздействие холодной температуры длительное, то возможно отмирание участков кожи или мышц. Низкие температуры влияют и на обмен веществ, который совершается в несколько раз быстрее, так как организму нужна энергия для обогрева.

Ядро и оболочка

Условно все тело человека можно разделить на два уровня: ядро и оболочка. Ядро (по большей части это внутренние органы) имеет постоянную температуру около тридцати семи градусов.

Это достигается балансом между теплопродукцией и теплоотдачей. Оболочка же представляет собой барьер между окружающей средой и ядром толщиной 2,5 см.

Терморегуляция – это способность оболочки поддерживать постоянную температуру ядра.

Кожа здорового человека на разных участках может нагреваться от 24 до 36,6 градусов. Самые холодные – кончики пальцев, а самое теплое место – подмышка. Колебания температуры тела в течение суток достигают одного градуса: самая низкая – рано утром, а высокая – в шесть вечера.

Теплообразование и теплоотдача

Что такое терморегуляция и как она поддерживается в организме человека? На этот вопрос ответить не так легко, как кажется на первый взгляд.

В нашем теле непрерывно образуется тепло, которое по большей части расходуется на обогрев внешней среды. Это процесс называется теплообменом.

Регулируется он при помощи нервной системы, от результатов его зависят обмен веществ, деятельность сердца, сокращение мышц и т. д.

В норме теплопродукция равна теплоотдаче, то есть наблюдается изотермия. Причины терморегуляции просты – это помогает сохранить неприкосновенной температуру ядра и обеспечить определенную независимость организма от внешних условий.

За час в человеке образует достаточно тепла для того, чтобы закипятить литр воды. И если бы не теплоотдача, то уже через трое суток после рождения все мы в буквальном смысле сварились бы изнутри.

Поэтому процессы, помогающие людям избавиться от лишнего тепла, крайне важны.

Закаливание

Терморегуляция и закаливание идут рука об руку. Организм приспосабливается к воздействию все более низких или высоких температур, формируются новые механизмы сохранения постоянной температуры ядра.

В домашних условиях известно несколько самых распространенных способов закаливания. Например, обтирание прохладной водой. В первый раз вода должна быть 30 градусов, затем 28, 26 и так, пока не дойдет до 15 градусов Цельсия.

Когда организм привыкнет к холоду, можно с обтираний переходить на обливания или душ. Эффективными признали также воздушные и солнечные ванны. Поначалу продолжительность сеансов не должна превышать 15 минут, но со временем можно довести время до 60.

Однако стоит помнить, что длительная инсоляция может привести к проблемам с кожей и онкологическим заболеваниям.

Терморецепторы

Кожа в терморегуляции организма играет ключевую роль. Как самый большой орган человеческого организма, она выполняет множество функций, в том числе содержит терморецепторы (холодовые и тепловые).

Известно, что холодовых примерно в десять раз больше, поэтому мы гораздо чувствительнее к низким температурам. Наибольшее скопление рецепторов находится на лице, шее, а меньше всего – в кончиках пальцев. Однако чувствительность у них имеет обратную пропорцию относительно количества.

Несмотря на то что тепловых рецепторов больше они почти в два раза чувствительнее, чем холодовые.

Виды терморегуляции

Терморегуляция – это целый конгломерат процессов, направленных на поддержание постоянной температуры тела при помощи теплообмена.

Механизм работы этой системы можно описать при помощи принципа «обратной связи».

То есть сначала изменяется температура окружающей среды, на это реагируют рецепторы кожи и передают сигнал в головной мозг. А уже оттуда идет регуляция выработки тепла и его отдачи.

Все процессы терморегуляции можно разделить на два вида:

– физические;

– химические.

Физическая терморегуляция, в свою очередь, делится на испарение, излучение, теплопроведение и конвекцию. Среди химических процессов выделяют сократительный и несократительный термогенез.

Физическая терморегуляция

Физическая терморегуляция – это совокупность процессов, обеспечивающих удаление тепла из организма. Для этого природой предусмотрено несколько способов:

– кондукция;

– конвекция;

– радиация;

– испарение.

Кроме того, организм может регулировать интенсивность кровообращения и степень расширения сосудов кожи, что также влияет на потерю тепла. Еще один механизм отдачи тепла – потоотделение. Оно наиболее эффективно в случае жаркого климата или искусственного повышения температуры окружающей среды.

В состоянии покоя, при комфортной температуре в 20 градусов Цельсия, человек путем излучения теряет около шестидесяти процентов тепла, испаряет всего двадцать, а остальное приходится на кондукцию и конвекцию. Всего за час мы теряем около ста килокалорий или четырехсот девятнадцать джоулей.

Испарение и излучение

Испарение – это выделение энергии в окружающее пространство за счет потери влаги через кожу или слизистые. Иначе этот процесс называется потоотделение. Находясь в комфортной температуре (около двадцати градусов Цельсия), человек каждый час теряет около 36 грамм жидкости. При повышении температуры или интенсивной работе это показатель увеличивается иногда до двух литров в час.

Если воздух сухой, то высокая температура переносится человеком сравнительно хорошо, так как есть возможность для испарения пота. Однако во влажном климате даже тридцать градусов жары могут быть смертельны.

Излучение – путь отдачи тепла при помощи электромагнитного излучения. Человек излучает тепло начиная с того момента, как температура окружающей среды падает ниже температуры тела, то есть практически всегда.

Чтобы предотвратить потерю тепла в холодное время хода, нужно оставить минимальное количество открытых участков кожи.

Одежда может приостановить излучение и уменьшить количество выделяемого тепла, но полностью прекратить его не в состоянии.

Даже положение тела участвует в терморегуляции. Когда животному или человеку холодно, он старается сгруппироваться (свернуться), чтобы как можно меньше поверхности тела контактировало с внешней средой. И наоборот, если тепло, то и люди и животные стараются раскрыться, чтобы увеличить площадь кожи для излучения.

Кондукция и конвекция

Кондукция проявляется, когда человек соприкасается с другими телами. Она зависит от времени контакта, площади предмета и теплопроводности материала.

Для того чтобы не получить обморожение или не заболеть, необходимо придерживаться элементарных правил:

– не сидеть на холодных камнях;

– зимой не хватать голыми руками металлические предметы;

– на природе не сидеть на голой земле, а всегда что-то подкладывать (спальник, коврик, одежду);

– не ходить в мокрой одежде зимой.

Конвекция – это динамичный способ потери тепла, который осуществляется движущимися частицами воды или воздуха, например, такие потоки создает ветер или вентилятор. Если просто, то тело, выделяя тепло, нагревает воздух рядом с кожей.

Он становится легче, чем холодный, и поднимается выше, а его место занимает новая порция.

Когда мы оказываемся на ветру или быстро движемся, воздух вокруг нас тоже перемещается быстрее, следовательно, тепло не задерживается возле кожи надолго.

Химическая терморегуляция

Терморегуляция и обмен веществ – тесно связанные понятия. Химический способ как раз основывается на изменении интенсивности процесса окисления и вибрации мышц.

Энергию для обогрева организма получают путем гидролиза АТФ (аденозинтрифосфат). Он необходим для превращения сложных соединений в более простые.

Тепло, которое при этом выделяется, рассеивается в окружающем пространстве. Это несократительный термогенез.

В зависимости от температуры окружающей среды обмен веществ может ускоряться или замедляться для сохранения постоянства ядра. Наиболее комфортно человек себя чувствует при 18-20 градусах Цельсия. Но это для воздуха.

Вода же сильнее проводит тепло, поэтому и температура должна быть выше. Больше всего тепла производят мышцы во время аэробного гликолиза. Поэтому, когда нам холодно, тело начинает дрожать, чтобы увеличить теплопродукцию.

Это состояние называется сократительный термогенез.

Управление терморегуляцией

Терморегуляция мозга проходит так же, как и всего остального организма, с той разницей, что именно здесь находится центр, который всем процессом и управляет. В гипоталамусе расположен центр терморегуляции, координирующий скорость обменных процессов, сокращение мышц, и тонус сосудов кожи.

Чувствительные нервные клетки этого участка мозга могут различить колебания до сотых и тысячных долей градуса. Они анализируют поступающую информацию и по принципу обратной связи регулируют внутреннюю температуру, устанавливая ее в зависимости от внешних обстоятельств.

В подчинении у гипоталамуса находятся щитовидная железа и надпочечники. Первая влияет на скорость обмена веществ, а вторые – на тонус сосудов и окислительные процессы в мышцах. Используя нейромедиаторы и гормоны, гипоталамус корректирует состояние организма в соответствии с обстоятельствами.

Источник: https://FB.ru/article/262868/termoregulyatsiya---eto-termoregulyatsiya-i-obmen-veschestv

Как наше тело вырабатывает тепло, если для этого нет специального органа

Механизм теплообмена между человеком и окружающей средой

Терморегуляция – так называют процесс выработки тепла в организме и её отдачи во внешнюю среду. Как у большинства млекопитающих, так и у человека терморегуляция протекает по одинаковому принципу. Какой орган отвечает за отопление тела и каким образом организму удается поддерживать постоянную температуру?

Как работает наша печка?

В отличие от пресмыкающихся, чья жизнь зависима от температуры окружающей среды, терморегуляция млекопитающих позволяет обеспечивать нормальный обмен веществ независимо от времен года и погоды. Возможность держать постоянную температура тела также обеспечивает оптимальные условия для работы ферментов, ускоряющих наши биохимические процессы.

Разные участки тела отапливаются не одинаково. Например, если в подмышечной впадине у здорового человека температура колеблется от 36.5 до 36.9 °С, то температура стоп и кистей варьируется от 24.4 до 30 °С, шея разогрета до 34 °С, а голова – до 33.5 °С.

Ввиду того, что у внутренних органов меньшая теплоотдача, чем у кожи, то температура там несколько выше. Самый горячий орган в нашем теле печень. Она разогревается от 37,8 до 38.5 °С.

Такая разница обусловлена задачами, которые она выполняет.

Печень – центральная химическая лаборатория в организме, отвечающая за выработку пищеварительной желчи, фильтрацию (очищение) крови и переработку поступающего с пищей сырья в необходимые химические элементы для работы остальных органов.

При этом существует определенный график подачи тепла в течения суток. В 3-4 часа утра организм отапливает тело меньше всего и, наоборот, в 16-18 часов включает печку на полную.

Правда, стоит заметить, что в зависимости от особенностей организма конкретного человека, указанные выше цифры могут немного отличаться.

Кто в нашем организме главный энергетик?

Выработку тепла называют химической терморегуляцией, а её потерю – физической терморегуляцией.

Так вот, химической терморегуляцией, то есть выработкой тепла, занимаются все клетки нашего тела, все ткани и каждый внутренний орган. Кто-то вырабатывает тепла меньше, кто-то больше.

Однако существуют три наиболее интенсивных источника тепла. Это мускулы, вышеописанная печень и бурая жировая ткань. Главным энергетиком, руководящим всем процессом отопления, можно назвать гипоталамус – небольшую область в головном мозге.

Топливом для печки является потребляемая нами пища, которая расщепляется на белки, жиры и углеводы. При окислении этого богатства высвобождается нужная энергия.

Мышцы производят примерно 20% всего тепла в организме и, даже если мы будем лежать неподвижно, мускулы свою работу не бросят. Если лежать неподвижно, но при этом напрячься, то теплообразование увеличится на 10%. Незначительная физическая нагрузка увеличит нагрев еще на 50-80%, а тяжелая мышечная работа – на все 500%.

Если происходит перегрев, то включается процесс конвекции, кондукции, потоотделения и радиации (инфракрасного излучения). Это будет уже физическая терморегуляция – отдача тепла.

В ситуации, когда организм, напротив, переохлажден, мышцы “включают” режим дрожи – беспорядочного сокращения.

О пищеварительной системе и печени мы уже немного рассказали. Тепло вырабатывается в процессе расщепления пищи. Логично, что органы, работающие с топливом напрямую, будут жить теплее остальных. Более любопытна бурая жировая ткань.

Жир, сам по себе, это запас энергии. Однако бурый жир, в отличие от обычного белого, расходуется легче и быстрее. Когда мышцы и остальные органы не справляются с обогревом тела, организм оперативно сжигает бурый жир, получая дополнительное тепло.

Беда в том, что у взрослого человека бурого жира почти нет. Наиболее развит он лишь у новорожденных и составляет около 5% от массы тела. Так природа позаботилась о том, чтобы мы не замерзли в первые месяцы своей жизни. Бурым жиром богаты животные, особенно те, которые впадают в зимнюю спячку, например, медведи.

Интересные факты

Тепло по организму разносит кровь. Однако если организм почувствует холод, то кровеносные сосуды сужаются, уменьшая приток крови. Если ситуация будет отличной – тело испытывает перегрев, то кровеносные сосуды расширяются. Казалось бы, все должно быть наоборот. Как согреть, например, руки, если организм уменьшил подачу крови туда?

Дело в том, что при суженых сосудах кровь теряет меньше тепла. При увеличенных сосудах физическая терморегуляция, напротив, больше. Другими словами, если у организма не получается согреть ваши руки, он перестанет тратить на них энергию, чтобы не замерзли другие участки тела. Тут вам придется греть их самому, засунув конечности, например, в карманы.

Гипоталамус ответственный начальник, но наивный. Обмануть его могут пирогены – вещества, вырабатываемые самим организмом, либо вредоносными микробами.

Мошенники-пирогены уверяют гипоталамус в том, что ему необходимо увеличить отопление. Так мы переживаем лихорадку во время болезни. Определенное нагревание полезно для организма – так мобилизуются все ресурсы для борьбы с инфекцией.

Однако, продолжительный и сильный перегрев становится губителен. При 42 °С происходит нарушение обмена веществ в тканях мозга, а при 43 °С наступает смерть.

Поэтому, принимая пациентов в больнице, медики, в первую очередь, сбивают ему температуру.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/different_angle/kak-nashe-telo-vyrabatyvaet-teplo-esli-dlia-etogo-net-specialnogo-organa-5e4185175217d53be7c2125e

Медицина и здоровье
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: