Презентация Биофизические основы терморегуляции. Тепловой баланс организма онлайн

Содержание слайда: Лекция БИОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ОРГАНИЗМА

Содержание слайда: План лекции 1. Введение 2. Кибернетические принципы и схемы авторегуляций в биологических системах 3. Терморегуляция и изотермия у человека 4. Тепловой баланс и способы теплообмена

Содержание слайда: 1.ВВЕДЕНИЕ Деятельность всех органов, т.е. термодинамических систем человека и животных, характеризуется определенными показателями, имеющими те или иные диапазоны колебаний. Физиологическая норма находится в рамках этих колебаний.

Содержание слайда: Основоположником представления о внутренней среде организма и её постоянстве является К. Бернар. Он говорил, что высшие животные как бы “сами себя поместили в теплицу, создав свою стабильную внутреннюю среду, и обеспечив тем самым известную независимость от внешней среды’’. Основоположником представления о внутренней среде организма и её постоянстве является К. Бернар. Он говорил, что высшие животные как бы “сами себя поместили в теплицу, создав свою стабильную внутреннюю среду, и обеспечив тем самым известную независимость от внешней среды’’.

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

Содержание слайда: Основным механизмом поддержания постоянства показателей деятельности разных систем организма является саморегуляция. Основным механизмом поддержания постоянства показателей деятельности разных систем организма является саморегуляция.

Содержание слайда: 2.КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ И СХЕМЫ АВТОРЕГУЛЯЦИЙ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ Составной частью биофизики сложных систем является биологическая кибернетика

Содержание слайда: Кибернетика – наука об общих законах процессов организации, управлении и переработки информации в сложных системах. Кибернетический подход, к изучению функционирования органов и организма в целом, позволяет объяснить особенности управления и саморегулирования биологических систем в норме и патологии. Кибернетика – наука об общих законах процессов организации, управлении и переработки информации в сложных системах. Кибернетический подход, к изучению функционирования органов и организма в целом, позволяет объяснить особенности управления и саморегулирования биологических систем в норме и патологии.

Содержание слайда: Управление ( регуляция) – процесс изменения состояния или режима функционирования системы в соответствии с поставленной перед ней задачей Всякая регулируемая система содержит Управление ( регуляция) – процесс изменения состояния или режима функционирования системы в соответствии с поставленной перед ней задачей Всякая регулируемая система содержит Управляющий орган (У.О.)и исполнительный орган (И.О.).

Содержание слайда: Рис.1. Элементарная схема системы авторегулирования.

Содержание слайда: Например: Например: головной мозг ( управляющий орган ) посылает команды мышцам (исполнительный орган) по каналам прямой связи, а по каналам обратной связи в головной мозг поступают сведения о выполнении команды ( например, о соответствующем двигательном акте.)

Содержание слайда: Биологические системы относятся к саморегулируемым системам, т.е. к таким системам, которые обладают способностью поддерживать свое состояние или режим функционирования на определенном заданном уровне при непредвиденных внешних воздействия. Биологические системы относятся к саморегулируемым системам, т.е. к таким системам, которые обладают способностью поддерживать свое состояние или режим функционирования на определенном заданном уровне при непредвиденных внешних воздействия.

Содержание слайда: . . То есть под саморегулированием подразумевается процесс с помощью которого принудительно поддерживается заранее заданное значение определенного параметра (физического,химического,физиологического)

Содержание слайда: Восстановление и сохранение этого постоянного уровня данной величины происходит даже тогда, когда какие-либо внешние воздействия пытаются изменить этот заданный уровень.

Содержание слайда: В теории автоматического регулирования выделяются два основных способа регулирования: регулирование по возмущению и регулирование по отклонению

Содержание слайда: Система регулирования по возмущению позволяет устранить результаты непредвиденного внешнего воздействия на систему с целью сохранения заданного режима функционирования или сохранения прежнего параметра. Для этого система должна содержать в своей памяти информацию о возможных последствиях данного возмущения (внешнего воздействия). Система регулирования по возмущению позволяет устранить результаты непредвиденного внешнего воздействия на систему с целью сохранения заданного режима функционирования или сохранения прежнего параметра. Для этого система должна содержать в своей памяти информацию о возможных последствиях данного возмущения (внешнего воздействия).

Содержание слайда: Рис. 2. Система регулирования по возмущению – в управляющий орган системы (УО) поступает информация о воздействии внешних факторов на систему (Х) через анализатор.

Содержание слайда: Примером регуляции по возмещению - система терморегуляции организма, основанная на сигналах кожных рецепторов реагирующих на изменения температуры окружающего воздуха (датчик- терморецептор; Х – температура пламени свечи, расположенной около руки; исполнительный орган (ИО) – рука ; управляющий орган (УО) – гипоталамус. Примером регуляции по возмещению - система терморегуляции организма, основанная на сигналах кожных рецепторов реагирующих на изменения температуры окружающего воздуха (датчик- терморецептор; Х – температура пламени свечи, расположенной около руки; исполнительный орган (ИО) – рука ; управляющий орган (УО) – гипоталамус.

Содержание слайда: Другим распространенным видом регулирования – является регулирование по отклонению. Другим распространенным видом регулирования – является регулирование по отклонению. В случае регулирования по отклонению - управляющий орган вырабатывает команды, вызывающие изменения в системе, которые компенсируют последствия отклонений для заданного режима функционирования системы. Рис. 3.

Содержание слайда: Рис.3 Схема системы авторегулирования по отклонению. Рис.3 Схема системы авторегулирования по отклонению.

Содержание слайда: Например: Авторегуляция температуры внутренних органов у высших животных .Система регулирования по отклонению – в управляющий орган системы(УО – головной мозг) поступает информация о реакции системы на воздействие (контролируемый параметр – температура органа). Датчик ( основным регулирующим температуру элементом служит кровь) предает по каналу обратной связи (кровеносные сосуды ) сведения о режиме функционирования системы в аппарат сравнения( гипоталамус- этот орган расположен в нижней части мозга рядом с гипофизом и местом разветвления главной артерии, несущей кровь от сердца к мозгу), в котором они сравниваются с заданными параметрами, в случае отклонения от задания (рассогласование - ε ) управляющий орган вырабатывает команды – Y=φ(x) , идущие по каналам прямой связи, устраняющие данное отклонения. Например: Авторегуляция температуры внутренних органов у высших животных .Система регулирования по отклонению – в управляющий орган системы(УО – головной мозг) поступает информация о реакции системы на воздействие (контролируемый параметр – температура органа). Датчик ( основным регулирующим температуру элементом служит кровь) предает по каналу обратной связи (кровеносные сосуды ) сведения о режиме функционирования системы в аппарат сравнения( гипоталамус- этот орган расположен в нижней части мозга рядом с гипофизом и местом разветвления главной артерии, несущей кровь от сердца к мозгу), в котором они сравниваются с заданными параметрами, в случае отклонения от задания (рассогласование - ε ) управляющий орган вырабатывает команды – Y=φ(x) , идущие по каналам прямой связи, устраняющие данное отклонения.

Содержание слайда: Обратные связи – необходимое условие процессов саморегуляции. Обратная связь передает информацию о результате функционирования системы в управляющий орган. Обратные связи – необходимое условие процессов саморегуляции. Обратная связь передает информацию о результате функционирования системы в управляющий орган. Различают положительные и отрицательные обратные связи.

Содержание слайда: Положительные обратные связи приводят к выработки команд, ведущих к увеличению отклонения системы от первоначального состояния. Положительные обратные связи приводят к выработки команд, ведущих к увеличению отклонения системы от первоначального состояния.

Содержание слайда: Например: Например: всасывание желудком продуктов в результате переваривания белков приводит к увеличению сокоотделения ( “аппетит приходит во время еды”); некоторые патологии развиваются с участием положительных обратных связей - ослабление сердечной деятельности может приводить к закупорки кровеносных сосудов, что в свою очередь вызывает еще большее ослабление сердечной деятельности.

Содержание слайда: 3.ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ И ИЗОТЕРМИЯ У ЧЕЛОВЕКА. К наиболее совершенным гомеостатическим механизмам в организме животных и человека относятся процессы терморегуляции.

Содержание слайда: Поддержание постоянства температуры тела обеспечивается работой авторегуляторного механизма. В организме существует замкнутый контур регулирования, этот контур представляет собой систему с отрицательной обратной связью Поддержание постоянства температуры тела обеспечивается работой авторегуляторного механизма. В организме существует замкнутый контур регулирования, этот контур представляет собой систему с отрицательной обратной связью

Содержание слайда: Основным регулируемым параметром служит температура внутренних частей, более строго – температура соответствующих нервных клеток гипоталамуса. Здесь расположена чувствительная часть управляющего органа, представляющая собой два центра, которые контролируют постоянство температуры каждого органа и всего организма в целом. Один центр реагирует на повышение температуры крови, циркулирующей вокруг его нервных клеток, другой – на понижение температуры. Объектом регулирования в данной системе можно считать внутренние части тела. Основным регулируемым параметром служит температура внутренних частей, более строго – температура соответствующих нервных клеток гипоталамуса. Здесь расположена чувствительная часть управляющего органа, представляющая собой два центра, которые контролируют постоянство температуры каждого органа и всего организма в целом. Один центр реагирует на повышение температуры крови, циркулирующей вокруг его нервных клеток, другой – на понижение температуры. Объектом регулирования в данной системе можно считать внутренние части тела.

Содержание слайда: На внешнюю поверхность тела действуют факторы возмущения в виде перегрева или переохлаждения. Терморецепторы кожи воспринимают эти возмущения и через соответствующие нервные пути приводят в действие регуляторные механизмы. На внешнюю поверхность тела действуют факторы возмущения в виде перегрева или переохлаждения. Терморецепторы кожи воспринимают эти возмущения и через соответствующие нервные пути приводят в действие регуляторные механизмы.

Содержание слайда: Отрицательные обратные связи вызывают команды, стремящиеся уменьшить отклонения в системе. Например: при перегреве организма усиливается потоотделение, учащается дыхание, что приводит к увеличению теплоотдачи в окружающую среду и к понижению температуры организма.

Содержание слайда: Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры внешней среды. На стабилизацию температуры расходуется значительная часть энергии – до 83-84%. Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры внешней среды. На стабилизацию температуры расходуется значительная часть энергии – до 83-84%. Это постоянство носит название – изотермия.

Содержание слайда: Изотермия отсутствует у холоднокровных животных. У новорожденных способность подержания постоянной температуры снижена, а у недоношенных – еще в большей степени. Изменение температуры человека служит показателем сбоев в механизмах теплового баланса. Повышение температуры даже на градус – это уже явный признак патологии. : Изотермия отсутствует у холоднокровных животных. У новорожденных способность подержания постоянной температуры снижена, а у недоношенных – еще в большей степени. Изменение температуры человека служит показателем сбоев в механизмах теплового баланса. Повышение температуры даже на градус – это уже явный признак патологии. :

Содержание слайда: До появления тепловидения в медицинской практике использовали в основном четыре способа измерения температуры в тех местах, которые сравнительно защищены от воздействия внешней среды. Измерения производились, как правило, контактными термометрами либо в подмышечной впадине, либо под языком, либо в наружном слуховом проходе, либо в прямой кишке. До появления тепловидения в медицинской практике использовали в основном четыре способа измерения температуры в тех местах, которые сравнительно защищены от воздействия внешней среды. Измерения производились, как правило, контактными термометрами либо в подмышечной впадине, либо под языком, либо в наружном слуховом проходе, либо в прямой кишке.

Содержание слайда: Существуют суточные и сезонные колебания внутренней температуры человека. Они составляют не более 0,1-0.6°С ( наименьшая – ночью летом, наибольшая – во второй половине дня зимой ). Гормональная активность щитовидной железы, коры надпочечников повышают температуру. Существуют суточные и сезонные колебания внутренней температуры человека. Они составляют не более 0,1-0.6°С ( наименьшая – ночью летом, наибольшая – во второй половине дня зимой ). Гормональная активность щитовидной железы, коры надпочечников повышают температуру.

Содержание слайда: У женщин в период овуляции температура часто повышается на 0,6-0,8°С У женщин в период овуляции температура часто повышается на 0,6-0,8°С Кроме того известно, что интегральная температура левой стороны половины тела человека у людей в 54% случаев выше, чем правой. Возможно, это связано с асимметричным расположением сердца.

Содержание слайда: Наибольшее количество тепла в покое дает печень, около 50% всего тепла, вырабатываемого в организме, мышцы – 20% и ЦНС – 20%. Наибольшее количество тепла в покое дает печень, около 50% всего тепла, вырабатываемого в организме, мышцы – 20% и ЦНС – 20%.

Содержание слайда: При средней физической нагрузке это соотношение меняется, на долю мышц уже приходится 75%, а на печень лишь 10%. При средней физической нагрузке это соотношение меняется, на долю мышц уже приходится 75%, а на печень лишь 10%.

Содержание слайда: Потеря тепла органами и тканями зависит от их местоположения. Расположенные на поверхности отдают больше тепла и охлаждаются сильнее. На участках открытой поверхности тела человека разница в температуре может достигать 7°С. Наименьшая температура регистрируется в ногах – в области стопы ( 27°С), а сравнительно высокая – в глазной впадине (36,4°С) и на шее, в области сонной артерии (34°С). Так, печень – самая теплая ( 37,8-38°С), кожа (29.5-33,9°С). Потеря тепла органами и тканями зависит от их местоположения. Расположенные на поверхности отдают больше тепла и охлаждаются сильнее. На участках открытой поверхности тела человека разница в температуре может достигать 7°С. Наименьшая температура регистрируется в ногах – в области стопы ( 27°С), а сравнительно высокая – в глазной впадине (36,4°С) и на шее, в области сонной артерии (34°С). Так, печень – самая теплая ( 37,8-38°С), кожа (29.5-33,9°С).

Содержание слайда: Поэтому справедливо говорить, что изотермия присуща главным образом внутренним органам. Поэтому справедливо говорить, что изотермия присуща главным образом внутренним органам.

Содержание слайда: 4. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ОРГАНИЗМА. СПОСОБЫ ТЕПЛООБМЕНА. Постоянство температуры может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплоотдачи всего организма.

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

Содержание слайда: Теплопроводность 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.

Содержание слайда: теплопроводность – процесс передачи энергии при столкновениях на микроскопическом уровне, но без заметного движения вещества

Содержание слайда: где QT - количество теплоты; k-коэффициент пропорциональности, называется коэффициентом теплопроводности, характеризующим материал, через который происходит перенос тепла; где QT - количество теплоты; k-коэффициент пропорциональности, называется коэффициентом теплопроводности, характеризующим материал, через который происходит перенос тепла; S - площадь соприкосновения тела со средой; t - время теплообмена; Тн - Тх - разность температур между нагретым и холодным телом; l - толщина слоя, через который происходит перенос тепла.

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

Содержание слайда: 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 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

Содержание слайда: 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

Содержание слайда: Перенос тепла при конвекции Перенос тепла при конвекции

Содержание слайда: Излучение. Излучение. Перенос тепла излучением осуществляется путём испускания инфракрасных лучей.

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

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

Содержание слайда: 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.

Содержание слайда: Это утверждение можно представить уравнением теплового баланса организма человека M - QL QT QR QС= 0 где М - метаболизм или теплопродукция, т.е. Σ Qi ; (+) - при температуре окружающей среды выше температуры тела; (-) - при температуре окружающей среды ниже температуры тела.

Содержание слайда: Терморегуляцию, в целом, принято делить на физическую и химическую Химическая терморегуляция осуществляется путем усиления или ослабления интенсивности обмена веществ. Физическая терморегуляция осуществляется путем изменения интенсивности отдачи тепла телом.

Содержание слайда: Немаловажная роль в терморегуляции отводится поведенческим реакциям человека и животного, например, переход в тень или на солнце, сознательные разогревающие движения, прием пищи соответствующей температуры, выбор одежды. Немаловажная роль в терморегуляции отводится поведенческим реакциям человека и животного, например, переход в тень или на солнце, сознательные разогревающие движения, прием пищи соответствующей температуры, выбор одежды.

Содержание слайда: Все пути терморегуляции можно разделить Все пути терморегуляции можно разделить на метаболический, вазомоторный (сосудистый) и потоотделительный

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

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

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