Механизмы теплообразования

Важный источник тепла – метаболические процессы, которые постоянно протекают в организме. К таким процессам можно отнести работу сердца, дыхательных мышц, перестальтику кишечника, деятельность печени.

При окислении пи­тательных веществ и других реакций тканевого метаболизма обра­зуется тепло. Величина теплообразования тесно связана с уровнем метаболической активности организма. Поэтому теплопро­дукцию называют также химической терморегуляцией.

Химическая терморегуляция имеет особо большое значение в поддержания постоянства температуры тела в условиях охлаждения. При понижении температуры окружающей среды уве­личивается интенсивность обмена веществ и, следовательно, теплооб­разование. У человека усиление теплообразования отмечается в том случае, когда температура окружающей среды становится ниже температуры комфорта. В обычной легкой одежде она равна 18-20°, а для обнаженного чело­века—28°С.

    Суммарное теплообразование в организме происходит входе хи­мических реакций обмена веществ (окисление, гликолиз), что со­ставляет так называемое первичное тепло и при расходовании энергии макроэргических соединений (АТФ) на выполнение работы (вторичное тепло). В виде первичного тепла в тканях рассеивается 60-70% энергии. Остальные 30-40% после расщепле­ния АТФ обеспечивают работу мышц, различные процессы синте­за, секреции и др. Но и при этом та или иная часть энергии перехо­дит затем в тепло. Таким образом, и вторичное тепло образуется вследствие экзотермических химических реакций, а при сокраще­нии мышечных волокон — в результате их трения. В конечном итоге переходит в тепло или вся энергия, или подавляющая ее часть.

Значимым источником тепла является комплекс мышечных физиологических процессов, связанный с поддержанием определенной позы человека. Известно, что теплопродукция сидящего человека на 40—45% выше, чем у лежащего, а стоящего - на 70%. В холодных условиях в процесс выработки тепла путем холодовой дрожи включаются дополнительные скелетные мышцы.

Весьма существенной в согревании организма может быть высокая двигательная активность, поскольку коэффициент полезного действия мышц значительно меньше 100%, большая часть затрачиваемой мышцами энергии (75-80 %) превращается в тепло. При этом чем интенсивнее выполняемая работа, тем выше и теплопродукция.

Особое значение в организме тогда, когда необходимо повышенное образование тепла, приобретает бурая жировая ткань. Примечательно, что бурая жировая ткань редуцирована или вообще отсутствует у тучных людей и, наоборот, достаточно развита у тех людей, которые «хорошо едят, но не накапливают жир».

Бурая жировая ткань встречается в больших количествах у животных, впадающих в зимнюю спячку. У человека бурую жировую ткань обнаруживают в эмбриональном периоде, после рождения она превращается в обычную жировую ткань, иногда сохраняясь в виде рудиментарных образований, локализованных небольшими участками под кожей в области шеи, верхней части груди, спины между лопатками и в районе подмышечных впадин. Бурая жировая ткань получила свое название из-за характерной темной окраски. Она содержит большое количество холестерина и фосфолипидов, а также служит депо витаминов. Ее клетки содержат большое количество митохондрий, размер которых увеличен по сравнению с клетками белой жировой ткани. Характерной особенностью бурой жировой ткани является то, что в митохондриях ее клеток окисление и фосфорилирование разобщены. Поэтому окислительные реакции дают много тепла и мало АТФ. Это связано с наличием во внутренней мембране митохондрий жировых клеток специальных пор, через которые, минуя АТФ-синтетазу, ионы Н+ возвращаются внутрь митохондрий.

Рудиментным для человека является образование на холоде так называемой «гусиной кожи». У животных такой феномен связан с подниманием шерсти и повышением ее теплоизолирующих свойств.