Поддержание разности потенциалов на мембранах клеток

В организме любого живого существа непрерывно выделяется тепло

Основной обмен

Многочисленные измерения показали, что в полном покое (лежа) и в комфортных условиях температуры, влажности и т.д. человек выделяет в час около 4,7 кДж на килограмм массы тела, что соответствует мощности теплопродукции 1,3 Вт на килограмм.

(Разумеется, эти и последующие цифры отражают средние значения, потому что энерготраты зависят от пола, возраста, характера телосложения.)

При массе тела 75 кг теплопродукция в покоесоставляет около

350 кДж/час или около 8500кДж в сутки.

Т.е. тепловая мощность человека составляет около 90 Вт.

(максимальное выделение энергии на единицу массы происходит в мозгу (около 12 Вт/кг по сравнению с 1,2 Вт/кг для организма в целом) (показатель интенсивности высшей нервной деятельности).

Минимальную величину энерготрат, необходимую для обеспечения основных жизненно необходимых функций организма, называют основным обменом.

Теплопродукция организма в покое при комфортных условиях отражает величину основного обмена.

У здоровых людей основной обмен весьма стабилен, и отклонение основного обмена больше чем на 5%-7% указывает на серьёзные нарушения каких-то основных функций организма.

При умеренной физической нагрузке энерготраты возрастают в полтора-два раза (12000 – 16000 кДж в сутки).

Если человек занят тяжелым физическим трудом, энерготраты могут возрасти в 5-6 раз.

Еще больше энерготраты при кратковременных нагрузках (здесь надо, конечно, сравнивать не суточные величины, а мощность). Например, при беге на 100 м мощность возрастает в 15-20 раз.

(Ясно, что это должно компенсироваться энергией, полученной с пищей.)

Перенос тепла внутри организма

Основная часть тепла выделяется в мышцах и внутренних огранах, теплоотдача же идёт с поверхности тела (с кожи).

Ткани организма плохо проводят тепло, поэтому почти всё тепло переносится изнутри к поверхности с током крови.

В коже и подкожной клетчатке находится большое количество кровеносных сосудов. Проходя по ним кровь отдаёт тепло через кожу в окружающую среду. Сосуды кожи под воздействием нервных импульсов могут сужаться и расширяться при изменении температуры, ветра и других условий. В результате объём крови, протекающей по сосудам, может очень сильно изменяться (например, в пальцах до 600 раз). Соответственно, меняется и количество отдаваемого тепла.

Основная часть кровеносных сосудов лежит довольно глубоко в подкожной жировой клетчатке, поэтому передача тепла через клетчатку идёт, в основном, за счёт теплопроводности.

Нетрудно получить формулу для переноса тепла путем теплопроводности.

(пример. При спуске на большие глубины водолазы дышат гелиево-кислородной смесью, в которой гелий составляет свыше 90%. Теплопроводность гелия в 6 раз больше, чем воздуха. Гелий вытесняет воздух из одежды, и потери тепла значительно возрастают – водолаз мерзнет, так как на больших глубинах температура воды 2^о – 4^оС.)

С поверхности одежды и с открытых частей тела тепло уходит двумя способами: а) путем конвекции б) путем излучения

(Излучение человека лежит в инфракрасной области спектра (длины волн в диапазоне 3 –20 мкм ))

Химическая терморегуляцияоснована на изменении скорости и характера биологического окисления.

(Например, при переохлаждении организма выделяются гормоны, ускоряющие окисление; кроме того, происходит разобщение окисления и синтеза АТФ: на синтез АТФ идет не 50% энергии, выделяющейся при окислении, а меньше. Соответственно, больший процент энергии превращается в тепло; организм согревается. Однако изменение характера биологического окисления неблагоприятно сказывается на состоянии организма, поэтому химическая терморегуляция, как правило, включается лишь в экстремальных ситуациях, когда создается угроза самой жизни организма).

Физическая терморегуляция (играющая в большинстве случаев основную роль) осуществляется за счет изменения характера кровообращения.

(При понижении температуры тела сужаются артериолы в коже и подкожной клетчатке. Приток крови к поверхности тела сокращается, (это проявляется в том, что кожа белеет). Как следствие, уменьшается передача тепла от внутренних органов к поверхности тела и отдача тепла в окружающую среду. При повышении температуры сосуды расширяются (кожа краснеет); с усилением кровотока увеличивается теплоотдача. При повышении температуры существенное значение имеет также усиленное потовыделение).

(У здорового человека температура тела остаётся постоянной в пределах десятых долей градуса).

Вместе с тем, при низких температурах уменьшение кровотока в периферических участках тела (пальцы, нос, ушные раковины и др.) может привести к обморожению (сказывается особенность, характерная и для многих других функций: регуляторные механизмы направлены в первую очередь на поддержание оптимальных условий для организма в целом,хотя иногда это может неблагоприятно отразиться на состоянии отдельных органов или участков тела).