ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ
Температура окружающей среды оказывает большое влияние на физиологическую активность живых организмов. В разных регионах Земли температура колеблется от -50°С во время арктической зимы до +60°С летом в некоторых пустынях. Температурный диапазон, в котором способны функционировать живые клетки, составляет около 50°С. Живые клетки замерзают при нескольких градусах ниже 0°С. Кристаллы льда, которые образуются при замерзании тканей, разрушают клеточные структуры. Однако некоторые животные способны восстанавливать свою жизнедеятельность после размораживания. При температурах выше 45°С происходит денатурация белков, т.е. в этих условиях функционирование организма невозможно. Температура способна влиять на метаболизм живой ткани, так как скорость биохимических реакций зависит от температуры. Согласно правилу Вант-Гоффа, скорость химических реакций возрастает при повышении температуры на 10°С примерно в 2-3 раза.
В животном мире существует несколько основных способов реагирования на внешнюю температуру. У пойкилотермных (холоднокровных) животных, к которым относится большинство беспозвоночных и низших позвоночных, температура тела и интенсивность энергетических процессов зависят от температуры окружающей среды.
У гомойотермных (теплокровных) животных (млекопитающих и птиц) выработалась способность сохранять одинаковую температуру внутренних частей тела, несмотря на ее изменения в окружающей среде (терморегуляция), что обеспечивает относительное постоянство течения метаболических процессов и делает организм менее зависимым от внешних изменений. Гомойотермные организмы отличаются от пойкилотермных, близких по массе, значительно более высоким уровнем энергетического обмена и относительно независимым от температуры окружающей среды уровнем активности. Интенсивность обмена энергии на единицу массы тела у гомойотермных животных даже после разрушения центров терморегуляции как минимум в 3 раза превышает интенсивность обмена у пойкилотермных (при одинаковой температуре).
Есть животные, которые обладают способностью переходить на некоторое время из гомойотермного состояния в пойкилотермное, и наоборот. Такой переход наблюдается у животных, впадающих в зимнюю спячку (сурки, суслики, сони и др.), отчего они получили название гетеротермных. Гетеротермия - это особое состояние, при котором гомойотермные животные на время выключают терморегуляцию и температура их тела снижается до пределов, отличных приблизительно на 1 °С от окружающей среды. Гетеротермия является свойством, приобретенным в процессе эволюции позже, чем гомойотермия, и имеет важное значение для приспособления организма к неблагоприятным условиям (например, к недостатку пищи, воды).
Температура тела и тепловой баланс
Температура тела зависит от двух факторов: интенсивности образования тепла (теплопродукции) и величины потерь тепла (теплоотдачи). Главным условием поддержания постоянной температуры тела гомойотермных животных, в том числе и человека, является достижение устойчивого баланса теплопродукции и теплоотдачи.
Такой баланс достигается следующими механизмами:
1. Метаболическая теплопродукция. Тепло образуется в качестве побочного продукта биохимических реакций, протекающих в организме, поэтому метаболизм в преобладающем большинстве случаев имеет положительный знак.
2. Излучение, теплопроведение и конвекция, которые в зависимости от условий внешней среды тепло получают или отдают.
3. Испарение, которое всегда имеет отрицательный знак, противоположная реакция конденсация - практически не влияет на тепловой баланс человека.
Оптимальное соотношение теплопродукции и теплоотдачи обеспечивается совокупностью физиологических процессов, называемых терморегуляцией. Различают химическую и физическую терморегуляцию.
Химическая терморегуляция
Этот вид регуляции температуры осуществляется за счет изменения уровня обмена веществ, что ведет к повышению или понижению образования тепла в организм. Суммарная теплопродукция в организме складывается из первичной теплоты, выделяющейся в ходе постоянно протекающих во всех тканях реакций обмена веществ, и вторичной теплоты, образующейся при расходовании энергии макроэргических соединений на выполнение определенной работы. Интенсивность метаболических процессов неодинакова в различных органах и тканях, поэтому их вклад в общую теплопродукцию неравнозначен. Наибольшее количество тепла образуется в мышцах при их напряжении и сокращении (около 60%, печень 30%, прочие органы 10%). Образование тепла в мышцах при этих условиях получило название сократительного термогенеза. У новорожденных, а также мелких млекопитающих имеется механизм ускоренного теплообразования за счет возрастания скорости окисления жирных кислот бурого жира. Этот механизм получил название несократительного термогенеза.