Терморегуляция у человека - Thermoregulation in humans

Как и у других млекопитающих, терморегуляция у человека это важный аспект гомеостаз. В терморегуляция, тепло тела вырабатывается в основном в глубоких органах, особенно в печени, мозге и сердце, а также при сокращении скелетных мышц.[1] Люди смогли адаптироваться к большому разнообразию климата, включая жаркий влажный и жаркий засушливый. Высокие температуры создают серьезный стресс для человеческого тела, создавая большую опасность получения травм или даже смерти. Для людей, приспособление к изменяющимся климатическим условиям включает оба физиологических механизма, возникающих в результате эволюция и поведенческие механизмы, являющиеся результатом сознательной культурной адаптации.[2][3]

Есть четыре направления потери тепла: конвекция, теплопроводность, излучение и испарение. Если температура кожи выше, чем температура окружающей среды, тело может терять тепло за счет излучения и теплопроводности. Но если температура окружающей среды выше, чем температура кожи, тело фактически прибыль тепло излучением и теплопроводностью. В таких условиях единственным средством, с помощью которого тело может избавиться от тепла, является испарение. Итак, когда температура окружающей среды выше температуры кожи, все, что препятствует адекватному испарению, вызовет повышение внутренней температуры тела.[4] Во время занятий спортом испарение становится главным источником потери тепла.[5] Влажность влияет на терморегуляцию, ограничивая испарение пота и, следовательно, потерю тепла.[6]

Система контроля

Упрощенный цепь управления терморегуляции человека.[7]

Внутренняя температура человека регулируется и стабилизируется в первую очередь за счет гипоталамус, область мозга, соединяющая эндокринная система нервной системе,[8] и более конкретно переднее ядро ​​гипоталамуса и соседние преоптическая область области гипоталамуса. Поскольку внутренняя температура изменяется от заданного значения, выработка эндокринной системы запускает механизмы контроля для увеличения или уменьшения выработки / рассеивания энергии по мере необходимости для возврата температуры к заданному значению (см. Рисунок).[7]

В жарких условиях

Электрический вентилятор используется в жаркую погоду
  • Эккриновые потовые железы выделяют под кожей пот (жидкость, содержащая в основном воду с некоторыми растворенными ионами), которая движется вверх по потовому протоку, через потовые поры и на поверхность кожи. Это вызывает потерю тепла через охлаждение испарением; однако теряется много необходимой воды.[9]
  • Волосы на коже лежат ровно, не позволяя теплу удерживаться слоем неподвижного воздуха между волосами. Это вызвано крошечными мышцами под поверхностью кожи, называемыми арректор пили расслабление мышц так, чтобы прикрепленные к ним волосяные фолликулы не стояли прямо Эти плоские волоски увеличивают поток воздуха рядом с кожей, увеличивая потерю тепла за счет конвекции. Когда температура окружающей среды превышает внутреннюю температуру тела, потоотделение является единственным физиологическим способом потери тепла людьми.[9]
  • Происходит вазодилатация артериол. Гладкомышечные стенки артериолы расслабьтесь, позволяя увеличить кровоток по артерии. Это перенаправляет кровь в поверхностные капилляры кожи, увеличивая потерю тепла за счет конвекции и теплопроводности.

В жарких и влажных условиях

В целом люди кажутся физиологически хорошо приспособленными к жарким засушливым условиям.[10] 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), тропических средах и глубоких шахтах, где атмосфера может быть водонасыщенной.[10][2] В жарких и влажных условиях одежда может препятствовать эффективному испарению.[3] В таких условиях полезно носить легкую одежду, такую ​​как хлопок, которая пропускает пот, но не пропускает лучистое тепло солнца. Это сводит к минимуму получение лучистого тепла, позволяя при этом испаряться настолько, насколько позволяет окружающая среда. Одежда, такая как пластиковые ткани, непроницаемая для пота и, следовательно, не способствующая потере тепла за счет испарения, на самом деле может способствовать тепловому стрессу.[6]

В холодных условиях

  • Тепло в основном передается через руки и ноги.
  • Уменьшается потоотделение.
  • Мельчайшие мышцы под поверхностью кожи, называемые мышцами arrector pili (прикрепленные к отдельному волосяному фолликулу), сокращаются (пилоэрекция ), подняв волосяной фолликул в вертикальное положение. Это заставляет волосы вставать дыбом, что действует как изолирующий слой, улавливающий тепло. Это также вызывает мурашки по коже поскольку у людей не так много волос и сокращенные мышцы легко просматриваются.
  • Артериолы перенос крови к поверхностным капиллярам под поверхностью кожи может сжиматься (сужаться), тем самым перенаправляя кровь от кожи к более теплой сердцевине тела. Это предотвращает потерю тепла кровью в окружающую среду, а также предотвращает дальнейшее падение внутренней температуры. Этот процесс называется сужением сосудов. Невозможно полностью предотвратить потерю тепла кровью, только чтобы уменьшить ее. В очень холодных условиях чрезмерное сужение сосудов приводит к онемению и бледности кожи. Обморожение возникает только тогда, когда вода внутри клеток начинает замерзать. Это разрушает клетку, вызывая повреждение.
  • Мышцы также могут получать сообщения от терморегуляторного центра мозга ( гипоталамус ) вызвать дрожь. Это увеличивает производство тепла, поскольку дыхание является экзотермической реакцией в мышечных клетках. Дрожь более эффективна для производства тепла, чем упражнения, потому что животное (включая людей) остается неподвижным. Это означает, что меньше тепла теряется в окружающую среду через конвекция. Есть два типа дрожи: слабой и высокой интенсивности. Во время дрожи низкой интенсивности животные постоянно дрожат на слабом уровне в течение нескольких месяцев в холодных условиях. Во время сильной дрожи животные сильно дрожат в течение относительно короткого времени. Оба процесса потребляют энергию, однако при дрожании высокой интенсивности в качестве источника топлива используется глюкоза, а при низкой интенсивности - жиры. Это основная причина, по которой животные запасаются едой зимой.[нужна цитата ]
  • Коричневые адипоциты также способны производить тепло с помощью процесса, называемого не дрожащий термогенез. В этом процессе триглицериды превращаются в тепло, тем самым повышая температуру тела.

Использование гипотермии

Понижение температуры тела человека используется в терапевтических целях, в частности, как метод стабилизации тела после травмы. Было высказано предположение, что корректировка аденозиновый рецептор A1 гипоталамуса может позволить человеку войти в спячка -подобное состояние пониженной температуры тела, которое может быть полезно для таких приложений, как длительный космический полет.[11]

Связанное тестирование

Терморегулирующий тест пота (TST) может использоваться для диагностики определенных состояний, которые вызывают аномальное регулирование температуры и дефекты потоотделения в организме. Для проведения теста пациента помещают в камеру, температура которой медленно повышается. Перед тем, как камера нагреется, на пациента наносят специальный индикаторный порошок, который меняет цвет при выделении пота. Этот порошок при изменении цвета будет полезен для визуализации того, какая кожа потеет, а какая нет. Результаты исследования потоотделения пациента будут задокументированы с помощью цифровой фотографии, а патологические образцы TST могут указывать на наличие дисфункции в вегетативной нервной системе. Определенные различия могут быть сделаны в зависимости от типа потоотделения, обнаруженного с помощью TST (наряду с историей и клиническими проявлениями), включая гипергидроз, мелкую клетчатку и вегетативную невропатию, множественную системную атрофию, болезнь Паркинсона с вегетативной дисфункцией и чистую вегетативную недостаточность.[12]

Сопутствующие заболевания и синдромы

Рекомендации

  1. ^ Гайтон, A.C., и Холл, J.E. (2006). Учебник медицинской физиологии (11-е изд.). Филадельфия: Эльзевьер Сондерс. п. 890.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  2. ^ а б Харрисон Г.А., Таннер Дж. М., Пилбим Д. Р. и Бейкер П. Т. (1988) Биология человека: введение в эволюцию, изменчивость, рост и адаптивность человека.. (3-е изд). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета
  3. ^ а б Вайс, М.Л., и Манн, А.Э. (1985) Биология и поведение человека: антропологическая перспектива. (4-е изд). Бостон: Маленький Браун
  4. ^ Гайтон и Холл (2006), стр 891-892
  5. ^ Уилмор, Джек Х. и Костилл, Дэвид Л. (1999). Физиология спорта и физических упражнений (2-е изд.). Шампейн, Иллинойс: кинетика человека.
  6. ^ а б Гайтон, Артур С. (1976) Учебник медицинской физиологии. (5-е изд). Филадельфия: W.B. Сондерс
  7. ^ 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. Дои:10.1007 / s00421-009-1256-6
  8. ^ Роберт М. Саргис, Обзор гипоталамуса: связь эндокринной системы с нервной системой (доступ 19 января 2015 г.)
  9. ^ а б Ева В. Осилла; Дженнифер Л. Марсиди; Сандип Шарма (2020). «Физиология, терморегуляция». Statpearls. PMID  29939615.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  10. ^ а б Джонс, С., Мартин, Р., и Пилбим, Д. (1994) Кембриджская энциклопедия эволюции человека ». Кембридж: Cambridge University Press
  11. ^ Джейсон Коблер, Краткая история криосна, Материнская плата, 19 января 2016 г. (доступ 19 января 2015 г.)
  12. ^ Ева В. Осилла; Дженнифер Л. Марсиди; Сандип Шарма (2020). «Физиология, терморегуляция». Statpearls. PMID  29939615.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)CC-BY icon.svg Текст был скопирован из этого источника, который доступен под Международная лицензия Creative Commons Attribution 4.0.