Тепловая нейтральная зона - Thermal neutral zone

Класс эндотермический организмы, известные как теплокровные поддерживать внутреннюю температуру с минимальной регуляцией метаболизма в диапазоне температур окружающей среды, называемом тепловая нейтральная зона (TNZ). В ТНЗ базальная скорость производства тепла равна скорости потери тепла в окружающую среду. Гомеотермные организмы приспосабливаются к температурам внутри TNZ посредством различных реакций, требующих мало энергии.

Температура окружающей среды может вызвать колебания скорости метаболизма в организме теплокровного организма. Эта реакция возникает из-за энергии, необходимой для поддержания относительно постоянной температуры тела выше температуры окружающей среды за счет управления потерями тепла и притоком тепла.[1] Степень этой реакции зависит не только от вида, но и от уровня инсуляционной и метаболической адаптации.[2] Температура окружающей среды ниже TNZ, более низкой критической температуры (LCT), требует от организма увеличения скорости метаболизма, чтобы удовлетворить потребности окружающей среды в тепле.[3] Регулирование TNZ требует метаболического производства тепла при достижении LCT, поскольку тепло теряется в окружающую среду. Организм достигает LCT когда Tа (окружающая температура) уменьшается.

Когда организм достигает этой стадии, скорость метаболизма значительно увеличивается и термогенез увеличивает Tб (температура тела). Если Ta ​​продолжает снижаться намного ниже LCT, происходит переохлаждение. В качестве альтернативы, потери тепла за счет испарения для охлаждения при температурах выше TNZ, верхней критической зоны (UCT), реализованы Speakman and Keijer 2013). Когда Tа выходит слишком далеко за пределы UCT, скорость притока тепла и выработка тепла становятся выше, чем скорость рассеивания тепла (потеря тепла через охлаждение испарением ), что приводит к гипертермии.

Он может отображать изменения осанки, когда он меняет форму тела или движется и подвергает различные области воздействию солнца / тени, а также посредством излучения, конвекции и проводимости, Теплообмен происходит. Вазомоторные реакции позволяют контролировать поток крови между периферией и ядром, чтобы контролировать потерю тепла с поверхности тела. Наконец, организм может показывать изменения изоляции; распространенным примером является «мурашки по коже» у людей, когда волосяные фолликулы поднимаются пиломоторными мышцами, также проявляются в шерсти и оперении животных.[4]

В людях

Термонейтральная зона описывает диапазон температур непосредственного окружения, в котором обычный здоровый взрослый человек может поддерживать нормальную температуру тела без необходимости использовать энергию сверх нормальной скорости основного обмена. Она начинается примерно с 21 градуса Цельсия для мужчин с нормальным весом и примерно с 18 градусов Цельсия для полных.[5] и простирается примерно до 30 градусов по Цельсию. Обратите внимание, что это для отдыхающего человека и не допускает дрожи, потоотделения или физических упражнений. Даже с легкой одеждой потери на излучение и конвекцию резко снижаются, что эффективно снижает TNZ. Следовательно, комфортная температура в отапливаемом здании может составлять 18–22 градуса по Цельсию (64,4–71,6 градуса по Фаренгейту).[6][7]

Люди вырабатывают обязательные ~ 100 Вт тепловой энергии в качестве побочного продукта основных процессов, таких как перекачивание крови, пищеварение, дыхание, биохимический синтез, катаболизм и т. д. Это сравнимо с обычной лампочкой накаливания. Следовательно, если бы тело было идеально изолировано, внутренняя температура продолжала бы повышаться до тех пор, пока не будут достигнуты смертельные внутренние температуры. И наоборот, мы обычно находимся в окружающей среде, которая значительно холоднее, чем температура тела (37 градусов по Цельсию или 98,6 градусов по Фаренгейту), и, следовательно, существует большой градиент потока тепловой энергии от ядра к окружающей среде. Таким образом, 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 избавиться от 100 Вт тепла в относительно теплых условиях, но также гарантировать, что она не теряет слишком много тепла в относительно холодных условиях.

Внешняя или периферическая оболочка человека (кожа, подкожно-жировая клетчатка и т. Д.) Действует как регулируемый изолятор / излучатель, причем основным механизмом регулировки является приток крови к этому отсеку. Если окружающая среда теплая, потери тепла меньше, поэтому тело направляет больше крови к периферии, чтобы поддерживать градиент потока энергии. И наоборот, если окружающая среда прохладная, приток крови к коже может быть значительно уменьшен, так что потери тепла значительно уменьшатся.

Эти пассивные процессы определяют TNZ, так как выполняется незначительная работа по перенаправлению крови на периферию или ядро.

Физиологические механизмы:

Кожа обладает огромной способностью принимать кровоток, что составляет от 1 мл / 100 г кожи / мин до 150 мл / 100 г / мин. Его метаболические потребности очень низкие, и, следовательно, для поддержания собственного роста и метаболизма требуется очень небольшая часть работы сердца. В умеренных условиях приток крови к коже намного выше, чем требуется для обмена веществ, определяющим фактором является необходимость избавления организма от тепла. Фактически, кожа может выжить в течение длительных периодов времени (часы) с субфизиологическим кровотоком и оксигенацией, и, пока за этим следует период хорошей перфузии, некроза не произойдет.

В условиях умеренного климата есть место для резкого увеличения или уменьшения притока крови к коже. Это достигается за счет специальных приспособлений в сосудистых руслах кожи. Имеется значительное количество дополнительных сосудов, особенно в конечностях с большой площадью поверхности (руки, уши, пальцы ног и т. Д.). Это прямые связи между артерией и веной, которые обходят питательные капилляры и контролируются симпатической нервной системой. Эти шунты обычно в основном закрыты, но их открытие позволяет коже наполняться кровью, а поскольку эти сосуды имеют низкое сопротивление, кровоток по ним быстрый. И наоборот, когда кровоснабжение кожи должно быть уменьшено, эти шунты могут быть закрыты, и, кроме того, нормальный механизм вазоконстрикции артериол может резко снизить перфузию кожи.

Рекомендации

  1. ^ Рориг, Брайан (октябрь 2013 г.). "Расслабление, разминка: как животные выживают при экстремальных температурах". Американское химическое общество. Получено 26 апреля, 2018.
  2. ^ Mount, L.E. (Сентябрь 1971 г.). «Скорость метаболизма и теплоизоляция у мышей-альбиносов и голых мышей». Журнал физиологии. 217 (2): 315–326. Дои:10.1113 / jphysiol.1971.sp009573. ЧВК  1331779. PMID  5097602.
  3. ^ Расмуссен и Брандер (1972). «Стандартная скорость метаболизма и более низкая критическая температура для рябчика» (PDF). Архив орнитологических исследований с возможностью поиска. Получено 26 апреля, 2018.
  4. ^ Д. Рэндалл, В. Бурггрен, К. Френч. Eckert физиология животных 2001 W.H Freeman
  5. ^ Nahon, KJ; Бун, MR; Doornink, F; Jazet, IM; Ренсен, PCN; Абреу-Виейра, Г. (октябрь 2017 г.). «Более низкая критическая температура и вызванный холодом термогенез у худых и полных людей обратно пропорциональны массе тела и скорости основного метаболизма». Журнал термобиологии. 69: 238–248. Дои:10.1016 / j.jtherbio.2017.08.006. PMID  29037389.
  6. ^ Кингма, Фрайнс, Шеллен, ван Маркен Лихтенбельт (2014-06-08). «За пределами классической термонейтральной зоны». Температура. 2 (1): 142–149. Дои:10,4161 / темп.29702. ЧВК  4977175. PMID  27583296.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  7. ^ Kingma, Frijns, van Marken Lichtenbelt (2012). «Термонейтральная зона: значение для метаболических исследований». Границы биологических наук. E4 (5): 1975–1985. Дои:10.2741 / E518.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)