Слайд 1ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ
СОДЕРЖАНИЕ
1.Что такое температура тела.
2.Температура тела у птиц и млекопитающих: распределение
температуры в теле.
2.2. «нормальная» температура тела у птиц и млекопитающих.
3.Температура,
тепло и перенос тепла
3.1. теплопроводность
3.2. излучение
3.3. испарение
4. Тепловой баланс.
5. Терморегуляция в условиях холода
5.1.теплоизоляция и толщина меха
5.2. теплоизоляция у птиц
5.3. теплоизоляция у водных млекопитающих
5.5. теплообменники
6. Терморегуляция при избытке внешнего тепла
6.1. значение размеров тела
6.2. испарение, потоотделение, учащение дыхания
7. Зимняя спячка и оцепенение
8. Температура тела у эктотермов
8.1. водные животные
8.2. наземные животные
Слайд 2ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА У ПТИЦ И МЛЕКОПИТАЮЩИХ
ЧТО ТАКОЕ ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА
В организме
млекопитающего происходит выработка тепла, в одних местах его образуется больше,
чем в других. У человека на долю органов грудной и брюшной полостей, составляющих менее 6 % массы тела, приходится 56 % всей теплопродукции организма. Если сюда присоединить и головной мозг, то получим уже 72 %, т. е. более двух третьих всей теплопродукции.
Слайд 3Таким образом, тело делится на внутреннюю часть, где вырабатывается основное
количество тепла, и большую по размеру «периферию», включающую кожу и
мышцы и продуцирующую лишь небольшую долю общего тепла тела.
Слайд 4РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПEРАТУРЫ В ТЕЛЕ
Температура различных областей тела человека при температуре
воздуха 20 0С (слева) и 35 0С (справа).
Слайд 5НОРМАЛЬНАЯ» ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА У ПТИЦ И
МЛЕКОПИТАЮЩИХ
Внутренняя температура у человека, млекопитающих
и у птиц подвержена регулярным суточным колебаниям, в пределах 1-2°. У дневных животных температурный максимум наблюдается днем, а минимум - ночью; у ночных животных - наоборот. Однако такой суточный ритм не связан непосредственно со сменой активности и покоя, поскольку он сохраняется и в том случае, если животное все время находится в полном покое.
Слайд 6 Ритм колебаний температуры и соответствующий ритм интенсивности метаболизма могут быть
обращены при обращении периодов темноты и света. Это показывает, что
суточный цикл определяется освещенностью. Если содержать животных круглосуточно в условиях постоянной и равномерной освещенности, суточные колебания температуры сохраняются. Ритм поддерживается без внешних регулирующих факторов, он присущ самому организму и представляет собой истинно эндогенный ритм.
Слайд 7РАЗЛИЧИЯ В ТЕМПЕРАТУРЕ ТЕЛА У РАЗНЫХ ЖИВОТНЫХ
Слайд 8ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА ЖИВОТНЫХ, ОБИТАЮЩИХ В ХОЛОДНОМ КЛИМАТЕ
Температура тела у птиц
и млекопитающих - обитателей Арктики, измеренная при тем-рах 500 и
800С;оставалась в нормальных для млекопитающих пределах. Средняя температура тела для всех видов составила 38,6 0С, что примерно на 0,5 0 выше, чем средняя величина для млекопитающих умеренной зоны.
Слайд 9ЖИВОТНЫЕ В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
При исследовании методом имплантации термодатчика пасущихся
овец оказалось, что колебания внутренней температуры у них составляют менее
10 независимо от погоды. На протяжении всего года, включая лето и морозную зиму, максимальный диапазон колебаний температуры был 1,90 (от 37,9 до .39,80С).
Слайд 10ЛИХОРАДКА
Лихорадка - это повышение температуры тела, вызванное бактериальной или
вирусной инфекцией. Температура может повышаться и при инъекции убитых бактерий:
в бактериях содержатся особые вещества - пирогены, - которые вызывают лихорадочное состояние: организм ведет себя подобно термостату, у которого изменили регулировку и он поддерживает температуру более высокую .
Слайд 11ТЕМПЕРАТУРА, ТЕПЛО И ПЕРЕНОС ТЕПЛА
Температура и тепло. Есть различия между
этими двумя физическими величинами и не всегда измерение температуры позволяет
получить информацию о количестве тепла. Температуру измеряют в градусах Цельсия (0С).
Слайд 12
В биологии тепло измеряют в калориях. Калория - это количество
тепла, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 10.
(для перевода калорий в джоули - единицы системы СИ - пользуются соотношением: 1 кал =4,184 ДЖ).
Слайд 13 Чтобы нагреть 1 г воды, имеющей комнатную температуру (250С), до
кипения (1000С), требуется 75 кал тепла, а чтобы в такой
же мере (на 750) нагреть 100 г воды, требуется 7500 кал (7,5 ккал). В обоих случаях начальная и конечная температуры одинаковы; значит, изменение температуры само по себе не позволяет судить о количестве затраченного тепла.
Слайд 14Но если известно количество воды, то по данным об изменении
температуры можно вычислить количество затраченного тепла, ибо, по определению, тепло,
необходимое для повышения температуры 1 г воды на 10С составляет 1 кал. Количество тепла, необходимое для нагревания 1г данного вещества на 10, называется удельной теплоемкостью этого вещества.
Слайд 15ФИЗИКА ПЕРЕНОСА ТЕПЛА
Чтобы температура тела оставалась постоянной, необходимо, чтобы
отдача тепла была равна его притоку. Для поддержания постоянства температуры
тела животного скорость отдачи тепла должна равняться скорости его выработки в процессе метаболизма.
Слайд 16 Выработка метаболического тепла при физической работе легко может возрасти в
10 раз, и если потеря тепла не увеличится в такой
же пропорции, температура тела животного будет быстро повышаться. Кроме того, условия теплоотдачи в огромной степени зависят от внешних· факторов, таких, как, например, температура воздуха и ветер.
Слайд 17 Перенос тепла осуществляется путем теплопроводности, конвекции, излучения и испарения. Тело
может отдать часть тепла этими способами только в том случае,
если температура окружающей среды или какой то ее части ниже температуры поверхности тела.
Слайд 18
Излучение: тепло переносится в виде электромагнитных волн длинноволновой инфракрасной части
спектра, лежащей за пределами видимой его части. Тела не просто
излучают тепло в окружающий воздух, а передают его другим телам со скоростью, пропорциональной разности температур. У человека на излучение приходится около 50% общей теплоотдачи.
Слайд 19 Конвекция: при этом способе тепло передается от организма окружающей среде
через воздух. У эндотермов t0C бывает выше окружающей температуры и
воздух, контактирующий с телом, нагревается, поднимается вверх и замещается более холодным. Скорость передачи тепла зависит от скорости движения воздуха.
Слайд 20 Теплопроводность: тепло передается при физическом контакте между телами. У наземных
животных этот способ передачи тепла составляет незначительную часть, но у
водных и живущих в земле - это основной способ потери тепла.
Слайд 21 ИСПАРЕНИЕ
Испарение воды связано с затратой большого количества тепла. Чтобы
1 г воды, имеющей комнатную температуру, превратить в пар с
той же температурой, требуется 584 кал (2443 Дж). Количество тепла, необходимое для перехода воды из жидкости в пар, называют теплотой парообразования.
Слайд 22 В физиологии используют величину 580 кал на 1 г воды,
что соответствует теплоте перехода воды в пар на поверхности кожи
потеющего человека при температуре около 350С.
Слайд 23ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС
где: Нобщ - выработка тепла в процессе метаболизма (всегда
положительный член),
НТ - теплообмен путем теплопроводности и конвекции (+в
случае теплоотдачи),
Нр - теплообмен путем излучения (радиации) (+ в случае теплоотдачи),
Ни - теплообмен путем испарения (+ в случае теплоотдачи)
На - аккумуляция тепла в организме (плюс в случае накопления, минус в случае потери).
Слайд 24ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ В УСЛОВИЯХ ХОЛОДА
Для поддержания постоянной температуры тела животное
должно находиться в таком стационарном состоянии, когда выработка тепла в
процессе метаболизма (Н) уравновешивается теплоотдачей (Q). Допустим, что отдача тепла (в холодной среде) происходит только путем теплопроводности (включая конвекцию) и излучения, а потерей тепла в результате испарения влаги можно пренебречь. Для описания отдачи тепла используем упрощенное уравнение, выражающее зависимость теплоотдачи (Q) от окружающей температуры:
Н=Q=С(Ть-Та)
Слайд 25Это уравнение означает, что скорость выработки тепла в организме равна
скорости теплоотдачи, которая в свою очередь пропорциональна разности между температурами
тела и окружающей среды (Тb - Т а).
«С» служит показателем теплопроводности.
Та (температура окружающей среды) не зависит от животного.
Слайд 26 Для приспособления к неблагоприятной внешней температуре животное может изменять следующие
величины:
собственную теплопродукцию (Н), теплопроводность (С) и температуру тела (Тb). Но
так как Tb по условию должна быть постоянной, у животного остаются только две возможности: изменить собственную теплопродукцию (Н) или же теплопроводность (С). (Третья возможность - изменение температуры тела - реализуется при зимней спячке).
Слайд 27
Если снижение теплопродукции (интенсивности метаболизма) возможно только до определенного минимального
уровня, то повышение уровня метаболизма, может использоваться в очень широких
пределах. Основные средства для увеличения теплопродукции следующие:
мышечная активность,
непроизвольное сокращение мышц (дрожь)
так называемый недрожевой термогенез. Он связан с повышением интенсивности обмена без заметного сокращения мышц.
Слайд 28 Чем ниже окружающая температура, тем больше должна быть интенсивность обмена,
чтобы температура тела оставалась постоянной. При температурах ниже определенной точки,
называемой нижней критической температурой (Тин), интенсивность метаболизма возрастает линейно со снижением температуры. Выше этой критической точки выработка тепла остается постоянной, так как она не может быть ниже уровня покоя.
Слайд 31ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ И ТОЛЩИНА МЕХА
Слайд 33 Каким образом птицы уменьшают теплопроводность (увеличивают теплоизоляцию)?
1.Птица взъерошивает перья,
втягивает в них лапки, нахохливается, превращаясь в шар из перьев.
Второй способ связан с охлаждением периферических ткaнeй при поддержании постоянства внутренней температуры. Падение периферической температуры тела и (или) увеличение толщины периферического слоя приводит к нескольким последствиям: снижению кровотока, уменьшению выработки тепла; в результате утолщения этого слоя соответственно уменьшается объем внутренней области. Каждый из этих сдвигов способствует как снижению теплоотдачи, так и уменьшению (по сравнению с теоретическим ожиданием) прироста интенсивности обмена.
Слайд 34СКУЧИВАНИЕ (ВЗАИМНЫЙ ОБОГРЕВ)
Пингвины сохраняют нормальную температуру тела 380С от
начала до конца периода размножения. Сколько же топлива тратят птицы
на обогрев и сколько на переход? Крупный самец, выходя из моря, может весить 35 кг, и за период голодания теряет около 15 кг.
Одиночный императорский пингвин теряет на холоде до 0,2 кг веса в день; скученные пингвины теряют вдвое меньше, т. е. около 0,1 кг. При скучивании не происходит передачи тепла, так как тала имеют одинаковую температуру.
Слайд 35ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ У ВОДНЫХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ
Слайд 37 Когда возрастает потребность в отдаче тепла, теплоизоляция, обеспечиваемая подкожным
жиром, может быть «отключена» благодаря притоку крови к коже. Иначе
дело обстоит с мехом, который расположен поверх кожи, так что «обойти» его невозможно.
Слайд 38 В плавниках дельфина (морской свиньи) каждая артерия окружена сетью
вен. Благодаря этому венозная кровь, прежде чем попасть во внутренние
части тела, согревается в результате передачи тепла от артериальной крови. (Schmidt-Nielsen, 1970.)
Модель противоточного теплообменника. В этом устройстве происходит передача тепла от притекающей воды к оттекающей; после достижения системой стационарного состояния температура воды на выходе и входе различается не более чем на 100.
Слайд 40ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ ПРИ ИЗБЫТКЕ ВНЕШНЕГО ТЕПЛА
Чем выше температура среды, тем
менее благоприятны условия для отдачи тепла путем теплопроводности и конвекции
(Нт) или путем излучения (Нр). Поскольку теплопродукция организма (Нобщ) не изменяется (или даже слегка возрастает), в уравнении теплового баланса должны увеличиваться два других члена - потеря тепла за счет испарения (Ни) и аккумуляция тепла (На).
Чтобы температура тела оставалась в условиях высоких температур окружающей среды постоянной (т. е. аккумуляция тепла На оставалась равной нулю), вся теплопродукция организма (Нобщ) должна компенсироваться путем испарения воды.
Слайд 45 ИСПАРЕНИЕ: УЧАЩЕННОЕ ДЫХАНИЕ
Животные, имеющие мало потовых желез, охлаждаются главным образом
путем учащения дыхания: чтобы увеличить испарение в верхних дыхательных путях,
они начинают дышать очень быстро и поверхностно (panting).
Но учащенное дыхание имеет два недостатка:
Слайд 46усиленная вентиляция легких может привести к избыточному выведению СО2 и
вызвать сильный алкалоз;
увеличение вентиляции требует дополнительной мышечной работы,
что связано с увеличением теплопродукции, а тем самым и тепловой нагрузки на организм.
Слайд 47Если ящерицу Sauroтalus перенести из среды с температурой 150 в
условия 45ОС, то у нее быстро повышается температура как мозга,
так и клоаки. Однако после достижения 410С кривые температур расходятся: мозг остается на 20 холоднее клоаки и на 30 холоднее воздуха.
Слайд 48ЗИМНЯЯ СПЯЧКА И ОЦЕПЕНЕНИЕ
Гибернация (от лат. hiberna - зима) -
означает перезимовывание, т. е. неактивное состояние, пойкилотермных животных, например, насекомых
или улиток. Понятием зимняя спячка (или гибернация) в физиологии называют состояние оцепенения со значительным снижением интенсивности обмена.
Слайд 49 Эстивация (от лат. aestas - лето) - означает неактивное состояние
животных в течение лета. Колумбийские суслики начинают впадать в эстивацию
в жарком августе, остаются неактивными на протяжении всей осени и зимы, а вылезают из нор только к следующему маю.
Слайд 50 В естественных условиях начало зимней спячки у животных приурочено к
определенному времени года, но оно не всегда обусловлено холодом или
недостатком пищи. Годичные циклы гибернации зависят от длины светового дня и гормональных изменений.
Слайд 53ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА У ХОЛОДНОКРОВНЫХ ЖИВОТНЫХ
В уравнении теплового баланса переставим
члены так, чтобы в левой части оставалось только количество аккумулированного
тепла (На). Тогда в правой части окажутся общая теплопродукция (Нобщ) и теплообмен путем излучения (Нр), теплопроводности и конвекции (НТ) и испарения (Ни).
Слайд 54Если температура тела выше температуры окружающей среды, то путем теплопроводности
(НТ) и испарения (Нu) тепло выводится из организма, т. е.
эти члены становятся отрицательными. В этом случае уравнение принимает вид
На = Нобщ + Нр-НТ-Ни
Рaccмотpим способы увеличения аккумуляции тепла (На), необходимого для повышения температуры тела.
Слайд 55ВОДНЫЕ ЖИВОТНЫЕ
Так как в воде нет испарения, уравнение принимает вид
На=Нобщ-НТ. Отсюда видно, что аккумуляция тепла может быть увеличена путем
изменения только двух параметров: должна возрасти общая теплопродукция или снизиться до минимума отдача тепла путем теплопроводности.
Слайд 56У тунца кровь, идущая к плавательным мышцам, проходит через теплоо6менник,в
результате чего мышцы сохраняют тепло, хотя температура артериальной крови равна
температуре воды.
Слайд 58Скорости согревания и охлаждения галапагосской морской игуаны (вес тела 652
г) в воде (треугольники) и в воздушной среде (кружочки). Начальная
разность температур животного и внешней среды (~T) во всех случаях составляла 200 С.
