Эндотермные организмы, известные как гомеотермы, поддерживают внутреннюю температуру с минимальной метаболической регуляцией в диапазоне температур окружающей среды, называемом термонейтральной зоной (ТНЗ) . В ТНЗ базальная скорость выработки тепла равна скорости потери тепла в окружающую среду. Гомеотермные организмы приспосабливаются к температурам в ТНЗ посредством различных реакций, требующих мало энергии.
Температура окружающей среды может вызывать колебания скорости метаболизма гомойотермного организма. Эта реакция обусловлена энергией, необходимой для поддержания относительно постоянной температуры тела выше температуры окружающей среды путем контроля потери и получения тепла. [1] Степень этой реакции зависит не только от вида, но и от уровней изоляционной и метаболической адаптации. [2] Температура окружающей среды ниже TNZ, нижней критической температуры (LCT), требует от организма увеличения скорости метаболизма для удовлетворения потребностей окружающей среды в тепле. [3] Положение о TNZ требует выработки метаболического тепла при достижении LCT, поскольку тепло теряется в окружающую среду. Организм достигает LCT, когда T a (температура окружающей среды) снижается.
Когда организм достигает этой стадии, скорость метаболизма значительно увеличивается, а термогенез увеличивает T b (температуру тела). Если T a продолжает снижаться намного ниже LCT, происходит гипотермия. В качестве альтернативы, испарительная потеря тепла для охлаждения происходит, когда реализуются температуры выше TNZ, верхней критической зоны (UCT) (Speakman и Keijer 2013). Когда T a достигает слишком большого значения выше UCT, скорость получения тепла и скорость выработки тепла становятся выше скорости рассеивания тепла (потери тепла через испарительное охлаждение ), что приводит к гипертермии.
Он может показывать постуральные изменения, когда он меняет форму своего тела или перемещается и выставляет различные области на солнце/в тень, и посредством излучения, конвекции и проводимости происходит теплообмен . Вазомоторные реакции позволяют контролировать поток крови между периферией и ядром, чтобы контролировать потерю тепла с поверхности тела. Наконец, организм может показывать изоляционные корректировки; распространенным примером являются «гусиные кожи» у людей, когда волосяные фолликулы поднимаются пиломоторными мышцами, также показанными на шерсти и оперении животных. [4]
Термонейтральная зона описывает диапазон температур непосредственной окружающей среды, в котором стандартный здоровый взрослый человек может поддерживать нормальную температуру тела без необходимости использования энергии сверх нормальной базовой скорости обмена веществ. Она начинается примерно с 21 °C (69,8 °F) для мужчин с нормальным весом и около 18 °C (64,4 °F) для людей с избыточным весом [5] и простирается до примерно 30 °C (86,0 °F). Обратите внимание, что это для отдыхающего человека и не допускает дрожания, потоотделения или физических упражнений. Даже при легкой одежде потери на излучение и конвекцию резко сокращаются, эффективно уменьшая TNZ. Следовательно, комфортная температура в отапливаемом здании может составлять 18–22 градуса по Цельсию (64,4–71,6 градуса по Фаренгейту). [6] [7]
Люди производят обязательные 100 Вт (0,13 л.с.) тепловой энергии в состоянии покоя в качестве побочного продукта от основных процессов, таких как перекачивание крови, пищеварение, дыхание, биохимический синтез и катаболизм и т.д. Это сопоставимо с обычной лампой накаливания. Однако взрослые люди могут производить более 1000 Вт (1,3 л.с.) тепловой энергии во время интенсивных упражнений. [8] Следовательно, если бы тело было идеально изолировано, внутренняя температура продолжала бы расти до тех пор, пока не были бы достигнуты смертельные внутренние температуры. И наоборот, мы обычно находимся в среде, которая значительно холоднее внутренней температуры тела 37 °C (98,6 °F), создавая градиент для потока тепловой энергии от внутренней температуры к окружающей среде. Поэтому тело должно гарантировать, что оно также может минимизировать потерю тепла примерно до 100 Вт, если оно должно поддерживать внутреннюю температуру. Короче говоря, кожа должна быть способна отводить 100 Вт тепла в относительно теплой среде, но при этом не терять намного больше этого количества в относительно холодной среде.
Внешняя или периферическая оболочка человека (кожа, подкожный жир и т. д.) действует как регулируемый изолятор/излучатель, а основным механизмом регулировки является приток крови к этому отсеку. Если окружающая среда теплая, то потери тепла меньше, поэтому организм направляет больше крови на периферию, чтобы поддерживать градиент для потока энергии. И наоборот, если окружающая среда прохладная, приток крови к коже может быть существенно уменьшен, так что потери тепла значительно уменьшаются.
Эти пассивные процессы определяют ТНЗ, поскольку для перенаправления крови на периферию или в ядро выполняется незначительная работа.
Физиологические механизмы:
Кожа обладает огромной способностью принимать поток крови, что приводит к диапазону от 1 мл/100 г кожи/мин до 150 мл/100 г/мин. Ее метаболические потребности очень низки, и, следовательно, ей требуется лишь очень малая часть сердечного выброса для поддержания собственного роста и метаболизма. В умеренных условиях приток крови к коже намного выше, чем требуется для метаболизма, определяющим фактором является потребность организма избавляться от тепла. Фактически, кожа может выживать в течение длительных периодов времени (часов) с субфизиологическим кровотоком и оксигенацией, и, пока за этим следует период хорошей перфузии, некроз не произойдет.
В условиях умеренного климата есть возможность резко увеличить или уменьшить приток крови к коже. Это достигается за счет специальных механизмов в сосудистых руслах кожи. Существует значительное количество дополнительных сосудов, особенно в конечностях с их большой площадью поверхности (руки, уши, пальцы ног и т. д.). Это прямые связи между артерией и веной, которые обходят питающие капилляры и контролируются симпатической нервной системой. Эти шунты обычно в основном закрыты, но их открытие позволяет коже наполниться кровью, и поскольку эти сосуды имеют низкое сопротивление, поток крови через них становится оживленным. И наоборот, когда кровоснабжение кожи должно быть уменьшено, эти шунты могут быть закрыты, и, кроме того, нормальный механизм вазоконстрикции артериол может резко уменьшить перфузию кожи.
У разных видов температура термонейтральных зон разная.
У собак термонейтральная зона колеблется в пределах 20–30 °C (68–86 °F). [9]
У лошадей нижняя критическая температура составляет 5 °C, а верхняя критическая температура зависит от используемого определения. [10] Их термонейтральная зона составляет примерно 5–30 °C (41–86 °F). [11]
У мышей нижняя критическая температура и верхняя критическая температура могут быть одинаковыми, создавая термонейтральную точку вместо термонейтральной зоны. Эта точка меняется в течение дня в зависимости от того, находится ли мышь в активной темной фазе (33 °C) или в фазе покоя света (29 °C). [12]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )