Биофизические основы терморегуляции тепловой баланс организма

Основоположником представления о внутренней среде организма и её постоянстве является К. Бернар.

Регулируемое постоянство внутренней среды было названо У. Кенноном гомеостазом. Термин характеризует динамическое постоянство в поддержании разнообразных констант организма: температуры тела, состава крови, кровяного давления и т.д.

К наиболее совершенным гомеостатическим механизмам в организме животных и человека относятся процессы терморегуляции. Поддержание постоянства температуры тела обеспечивается работой ауторгуляторного механизма. Постоянство температуры может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплоотдачи, т.е. теплообмена всего организма.

Теплообмен - самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты, обусловленный градиентом температуры. На поверхности тела теплообмен осуществляется четырьмя основными способами:

Теплопроводность - это перенос теплоты от более нагретого тела к холодному. При этом перенос энергии осуществляется в результате передачи энергии при соударениях от быстро движущихся атомов и молекул (в более нагретом состоянии) медленно движущимся атомам и молекулам холодного тела. Т.е. теплопроводность - процесс передачи энергии при столкновениях на микроскопическом уровне, но без заметного движения вещества. Опытным путём установлено, что

,

где Q_T - количество теплоты;

k-коэффициент пропорциональности, называется коэффициентом теплопроводности, характеризующим материал, через который происходит перенос тепла;

S - площадь соприкосновения тела со средой;

t - время теплообмена;

Т_н - Т_х - разность температур между нагретым и холодным телом;

l - толщина слоя, через который происходит перенос тепла.

Конвекция - это процесс, благодаря которому тепло переносится за счёт перемещения большого числа молекул из одного места в другое.

Различие между явлениями теплопроводности и конвекции в том, что при теплопроводности молекулы перемещаются на очень малое расстояние (короче длины свободного пробега) и затем сталкиваются, а при конвекции молекулы перемещаются на значительные расстояния.

Различают естественную и вынужденную конвекцию.

При естественной конвекции перемещение может быть вызвано имеющейся разностью температур в разных её частях.

При вынужденной конвекции имеется внешняя сила, приводящая среду в движение.

Перенос тепла при конвекции.

k₁ - коэффициент пропорциональности при конвекции, он не является постоянной величиной, а зависит от конкретных условий, в которых находится организм (от особенности действия внешней силы).

Излучение. Перенос тепла излучением осуществляется путём испускания инфракрасных лучей.

Для абсолютно чёрного тела потеря тепла на излучение определяется по формуле:

Q_R=s×S×t(T_H⁴-T_X⁴),

s=5,7× 10^-8Вт/м²×К⁴ -постоянная Стефана-Больцмана.

Испарение - переход тепла из жидкого состояния в газообразное. Тепло, отдаваемое организмом посредством испарения, вычисляется по формуле:

Q_L = L×m,

где L - удельная теплота испарения (для воды L=2,26×10⁶Дж/Кг)

m - масса жидкости, испаряющейся с поверхности.

Испарение является наиболее эффективным видом теплообмена организма при высокой температуре и низкой влажности внешней среды.

При повышении температуры окружающей среды испарение увеличивается. Все остальные виды теплообмена функционируют лишь при температуре внешней среды более низкой по сравнению с температурой кожи человека. При температуре внешней среды более высокой, чем температура кожи человека, они способствуют дополнительному нагреву организма.

Это утверждение можно представить уравнением теплового баланса организма человека.

M - Q_L Q_T Q_R Q_С = 0,

где М - метаболизм или теплопродукция;

(+) - при температуре окружающей среды выше температуры тела;

(-) - при температуре окружающей среды ниже температуры тела.

Все пути терморегуляции можно разделить на метаболический, вазомоторный (сосудистый) и потоотделительный.

метаболический вазомоторный потоотделительный

10°С 18°С 31°С и выше.

Метаболический путь - активация симпатической и парасимпатической нервной системы. Это приводит к скорости изменения обмена веществ, а следовательно и к уровню теплопродукции.

Вазомоторный механизм - это усиление или уменьшение теплоотдачи за счёт циркуляции крови по кровеносным сосудам.

Потоотделительный механизм - это секреторный процесс. Этот механизм работает хорошо в условиях низкой влажности и плохо в условиях повышенной.

Темы рефератов:

1. "Термодинамические аспекты эволюции".

2. "Метод применения калориметрии".

3. "Метод непрямой калориметрии".

4. "ПАВ в медицине".

5. "И. Пригожин и его книга "Самоорганизация в неравновесных системах".

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ