Теплообразование

Теплообразование и теплоотдача

Теплообразование

Протекание основных ферментативных реакций, процессов жизнедеятельности ограничена пределами температуры внутренней среды.Для человека повышение температуры тела до $43\circ \ C$ и снижение ниже $25\circ \ C$, как правило, смертельно. Нервные клетки являются самыми чувствительными к изменениям температуры.

Температура тела зависит от следующих факторов:

  1. Теплообразование, или теплопродукция – интенсивность образования тепла.
  2. Теплоотдача – величина потерь тепла.

Основное условие сохранения постоянной температуры тела – устойчивый баланс теплообразования и теплоотдачи.

Организм человека получает или отдает тепло в результате

  • излучения;
  • теплопроведения;
  • конвекции.

Тепло является побочным продуктом биохимических реакций организма. Вся энергия, высвобождающаяся при окислении питательных веществ превращается в тепло.

Теплообразование в организме тем больше, чем интенсивнее протекают процессы метаболизма.Конденсация на тепловой баланс практически не влияет.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Определение 1

Терморегуляция – совокупность физиологических процессов, обеспечивающих наилучшее соотношение теплопродукции и теплоотдачи.

Химическая терморегуляция

Замечание 1

Химическая терморегуляция осуществляется в результате изменения уровня метаболизма, что приводит к уменьшению или повышению выработки тепла в организме.

Общее теплообразование состоит из

  • первичной теплоты, которая образуется вследствие постоянно протекающих биохимических реакций в тканях;
  • вторичной теплоты, выделяющейся при использовании энергии макроэргических соединений на осуществление определенной работы.

В различных тканях и органах интенсивность метаболизма неодинакова. Больше всего тепла образуется в мышечных волокнах при их сокращении и напряжении.

Сократительный термогенез – это образование тепла мышцах при сильном напряжении и сокращении, является основным механизмом получения дополнительного тепла у взрослого человека.

У новорожденных механизм ускоренного теплообразования наблюдается за счет повышения скорости окисления жирных кислот бурого жира, находящегося вдоль крупных сосудов грудной и брюшной полостей, в межлопаточной и затылочной областях.

Несократительный термогенез – процесс образования тепла в буром жире. Полипептид, находящийся в митохондриях жировых клеток, разобщает протекающие в них процессы окисления и образования АТФ. В детском организме бурого жира больше, чем во взрослом.

Физическая терморегуляция

Определение 2

Физическая терморегуляция– это совокупность физиологических процессов, которые ведут к изменениям уровня отдачи тепла.

Повышение температуры внешней среды ведет к увеличению теплоотдачи, понижение – к ее уменьшению.

Во внешнюю среду организм человека отдает тепло разными способами:

  1. Излучение. Испускание электромагнитных волн инфракрасного диапазона. Количество тепла, отдаваемое организмом, пропорционально площади поверхности частей тела, контактирующих с воздухом. Организм взрослого человека при температуре внешней среды $20\circ \ C$ и относительной влажности воздуха $40-60\%$ рассеивает $40-50\%$ отдаваемого тепла. При повышении температуры кожи излучение возрастает. Если температура окружающей среды и температура поверхности кожи выравниваются, то отдача тепла излучением останавливается.
  2. Кондукция, или теплопроведение – это отдача тепла в результате непосредственного контакта тела с другими физическими объектами. При этом, отдаваемое во внешнюю среду количество тепла пропорционально площади соприкасающихся поверхностей, разнице средних температур контактирующих тел, теплопроводности, времени контакта.Низкой теплопроводностью обладают жировая ткань, сухой воздух, поэтому они являются теплоизоляторами. Нахождение в среде с высокой влажностью и при низкой температуре сопровождается увеличением теплопотерь организма.
  3. Конвекция – это отдача тепла, реализуемая путем транспорта тепла движущимися частицами воды или воздуха. Конвекционный теплообмен связан с обменом молекулами. При свободной конвекции тело окружает неподвижный воздух, а теплый воздух, отходящий от тела, переносит как энергию, так и молекулы. При принудительной конвекции теплообмен зависит от скорости движения окружающего тело воздуха, скорости переноса молекул и энергии.При температуре внешней среды $20\circ \ C$ и относительной влажности воздуха $40-60\%$ в результате конвекции и теплопроведения организм рассеивает около $25-30\%$ тепла.
  4. Испарение – это отдача тепла во внешнюю среду в результате испарения влаги или пота с поверхности слизистых дыхательных путей и кожи. Организм человека при температуре $20\circ \ C$ отдает около $20\%$ рассеиваемого тепла.

Источник: https://spravochnick.ru/biologiya/vydelenie_teploregulyaciya/teploobrazovanie_i_teplootdacha/

Теплопродукция и теплоотдача

Теплообразование

Суммарная теплопродукция (теплообразование) в организме состо­ит из так называемой

Первичной теплоты, выделяющейся в ходе постоянно протекающих во всех органах и тканях реакций обмена веществ, и

Вторичной теплоты, образующейся при расходовании энергии макроэргических соединений на выполнение определенной работы.

Уровень теплообразования в организме зависит от величины

1. Основного обмена (см.) ,

2. «Специфически динамического действия» прини­маемой пищи,

3. Мышечной активности и интенсивности метаболизма.

Метаболические процессы осуществляются с неодинаковой интен­сивностью в различных органах и тканях, и поэтому вклад в общую теплопродукцию организма отдельных органов и тканей не­равнозначен.

Наибольшее количество тепла образуется в мышцах при их тоническом напряжении и сокращении. Образование тепла, наблюдающееся в мышцах при этих условиях, получило название сократительного термогенеза. Сократительный термогенез является наиболее значимым механизмом дополнительного теплообразования у взрослого человека.

2. Несократительный термоге­нез

У новорожденных, а также у мелких млекопитающих животных имеется механизм ускоренного теплообразования за счет возрастания общей метаболической активности в других тканях и, прежде всего, в результате высокой скорости окисления жирных кислот бурого жира. Это механизм получил название несократительного термоге­неза.

Окисление жирных кислот в бурой жировой ткани осущест­вляется без значимого синтеза макроэргов и, таким образом, с мак­симально возможным образованием теплоты.

Посредством механиз­мов несократительного термогенеза уровень теплопродукции у чело­века может быть увеличен примерно в три раза по сравнению с уровнем  основного  обмена.

Различают следующие механизмы отдачи тепла ор­ганизмом в окружающую среду:
1. Излучение, 2. Теплопроведение, 3. Конвекцию, 4. Испарение.

1. Теплоотдача путем Излучения

Излучение — это способ отдачи тепла в окружающую среду по­верхностью тела человека в виде электромагнитных волн инфрак­расного диапазона (а = 5 — 20 мкм).

Количество тепла, рассеивае­мого организмом в окружающую среду излучением, пропорциональ­но площади поверхности изучения и разности средних значений температур кожи и окружающей среды.

Площадь поверхности излу­чения — это суммарная площадь поверхности тех частей тела, ко­торые  соприкасаются с  воздухом.

При температуре окружающей среды 20°С и относительной влаж­ности воздуха 40-60% организм взрослого человека рассеивает путем излучения около 40-50% всего отдаваемого тепла. Теплоотдача пу­тем излучения увеличивается при понижении температуры окружаю­щей среды и уменьшается при ее повышении.

В условиях постоян­ной температуры окружающей среды излучение с поверхности тела возрастает при, повышении температуры кожи и уменьшается при ее понижений.

Если средние температуры поверхности кожи и окру­жающей среды выравниваются (разкость температур становится рав­ной нулю), отдача тепла излучением становится невозможной. Сни­зить теплоотдачу организма излучением можно за счет уменьшения площади поверхности излучения («сворачивания тела в клубок»).

Если температура окружающей среды превышает среднюю температуру кожи, тело человека, поглощая инфракрасные лучи, излучаемые предметами, согревается.

2. Теплоотдача путем Теплопроведения

Теплопроведение — способ отдачи тепла, имеющий место при кон­такте, соприкосновении тела человека с другими физическими те­лами.

Количество тепла, отдаваемого в окружающую среду этим способом, пропорционально разнице средних температур контакти­рующих тел, площади контактирующих поверхностей, времени теп­лового контакта и теплопроводности контактирующего тела.

Сухой воздух, жировая ткань характеризуются низкой теплопроводностью и являются теплоизоляторами. Использование одежды из тканей, со­держащих большое число маленьких неподвижных «пузырьков» воз­духа, дает возможность уменьшить рассеяние тепла путем теплопро­водности.

Влажный, насыщенный водяными парами воздух, вода характеризуются высокой теплопроводностью. Поэтому пребывание при низкой температуре в среде с высокой влажностью сопровож­дается усилением теплоиотерь организма. Влажная одежда также теряет свои теплоизолирующие свойства.

3. Теплоотдача путем Конвек­ции

Конвекция — способ теплоотдачи организма, осуществляемый пу­тем переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Для рассеяния тепла конвекцией требуется обтекание поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи.

При этом контактирующий с кожей слой воздуха нагревается, снижает свою плотность, поднимается и замещается более холодным и более плотным воздухом.

В условиях, когда температура воздуха равна 20°С, а относительная влажность — 40-60%, тело взрослого человека рассеивает в окружающую среду путем теплопроведения и конвекции около 25-30% тепла.

Количество отдаваемого конвекцией тепла увеличивается при увеличении скорости движения воздушных потоков (ветер, вентиляция). Теплопроведение и конвекция, также как излучение, становятся неэффективными способами отдачи тепла при выравнивании средних температур поверхности тела и окру­жающей среды.

4. еплоотдача путем испарения

Теплоотдача путем испарения — это способ рассеяния организ­мом тепла в окружающую среду за счет его затраты на испарение пота или влаги с поверхности кожи и влаги со слизистых дыха­тельных путей.

У человека постоянно осуществляется выделение пота потовыми железами кожи, увлажняются слизистые дыхательных пу­тей. При температуре внешней среды около 20°С, испарение влаги составляет около 36 г/ч.

Учитывая, что на испарение 1 г воды затрачивается 0,58 ккал тепловой энергии, нетрудно подсчитать, что путем испарения организм взрослого человека отдает в этих усло­виях в окружающую среду около 20% всего рассеиваемого тепла.

Повышение внешней температуры, выполнение физической работы, длительное пребывание в теплоизолирующей одежде усиливают по­тоотделение, и оно может возрасти до 500-2000 г/ч.

Если внешняя температура превышает среднее значение темпера­туры кожи, то организм не может отдавать во внешнюю среду тепло излучением, конвекцией и теплопроведением. Организм в этих ус­ловиях начинает поглощать тепло извне и единственным способом рассеяния тепла становится усиление испарения влаги с поверхности тела.

Такое испарение возможно до тех пор, пока влажность воздуха окружающей среды остается меньше 100%. При интенсивном пото­отделении, высокой влажности и малой скорости движения воздуха, когда капельки пота, не успевая испариться, сливаются и стекают с поверхности тела, теплоотдача путем испарения становится менее эффективной.

Источник: https://doctor-v.ru/med/heat-production-heat-transfer/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.