§ 13. Регуляция температуры тела и дыхания

Определения и обозначения

Терморегуляция — поддержание температуры тела в пределах, необходимых для нормальной работы организма. Организму нужно уравновешивать образование тепла и его отдачу, чтобы внутренние процессы не нарушались при изменении погоды или нагрузке. Поэтому терморегуляция включает реакции, которые помогают как охладиться, так и согреться.

Теплокровность — способность поддерживать относительно постоянную температуру тела независимо от температуры окружающей среды. Это не означает, что все части тела всегда имеют одинаковую температуру: например, кожа может заметно охлаждаться или нагреваться. Теплокровность позволяет внутренним органам работать в сравнительно устойчивых условиях.

Дыхательный центр — совокупность нервных клеток, регулирующих ритм и глубину дыхания. Он управляет работой дыхательных мышц, поэтому может менять вентиляцию лёгких в соответствии с потребностями организма. Благодаря этому поступление кислорода и удаление углекислого газа подстраиваются под ситуацию.

Гуморальная регуляция дыхания — изменение дыхания под действием веществ крови, прежде всего углекислого газа. Состав крови сообщает организму, насколько активно нужно обновлять воздух в лёгких. Этот механизм дополняет нервные сигналы и помогает поддерживать подходящий уровень газов в крови.

Как это устроено

Тепло возникает в организме при обмене веществ: клетки расходуют вещества и высвобождают энергию, часть которой переходит в тепло. Одновременно тепло уходит через кожу и дыхательные пути во внешнюю среду. Если образование тепла превышает отдачу, тело нагревается; если отдача слишком велика, оно охлаждается. Поэтому температура сохраняется, когда поступление тепла и его потеря в целом уравновешены.

При перегревании сосуды кожи расширяются, потому что так к поверхности тела может поступить больше крови. Кровь переносит тепло от внутренних органов к коже, откуда оно легче передаётся окружающей среде. Одновременно усиливается потоотделение: испаряясь, пот забирает тепло с поверхности кожи. Вместе эти реакции увеличивают отдачу тепла и помогают снизить температуру тела.

При охлаждении сосуды кожи сужаются, и к поверхности поступает меньше тёплой крови. Так организм уменьшает потерю тепла наружу; кожа при этом может стать бледнее и холоднее. Если этого недостаточно, возникают непроизвольные сокращения мышц — дрожь. Во время сокращений мышцы активнее расходуют вещества и выделяют больше тепла, поэтому дрожь помогает согреваться.

Ритм дыхания задаёт дыхательный центр продолговатого мозга. Он получает сигналы от рецепторов — чувствительных клеток, которые воспринимают изменения в организме, — и регулирует работу дыхательных мышц. При необходимости центр меняет не только частоту, но и глубину вдохов. Так дыхание подстраивается к потребностям организма, а не остаётся одинаковым в любых условиях.

При усилении обмена веществ обычно растёт содержание углекислого газа в крови. Его повышение воздействует на регуляцию дыхания, и дыхание, как правило, становится чаще и глубже: через лёгкие организм удаляет избыток газа. В этой реакции участвуют и вещества крови, и нервные сигналы от рецепторов, поэтому нельзя сводить регуляцию только к одному механизму. Например, при физической работе усиленный обмен веществ приводит к росту содержания углекислого газа и усилению вентиляции лёгких.

Реакции организма при изменении температуры и содержания углекислого газа

Чтобы пользоваться таблицей, сначала найдите в первом столбце воздействие, которое нужно объяснить. Во втором указана реакция организма, а в третьем — её значение. При ответе важно связать реакцию с результатом: например, дрожь образует тепло, а потоотделение помогает его отдавать.

Разбор задач

Задача 1

После бега человеку стало жарко. Назовите две реакции организма, помогающие снизить температуру тела. Нужно не просто перечислить признаки, а объяснить, как каждая из них помогает охлаждению. Ищем ответ среди реакций, усиливающих отдачу тепла.

1. При нагрузке обмен веществ усиливается, поэтому в организме образуется больше тепла.
2. Сосуды кожи расширяются, и больше крови приносит тепло к поверхности тела.
3. Потоотделение усиливается; испаряясь, пот забирает тепло у кожи.

Ответ: сосуды кожи расширяются, а потоотделение усиливается. Первая реакция помогает переносить тепло к поверхности, вторая — охлаждает кожу при испарении пота.

Задача 2

На холоде у человека побледнела кожа и появилась дрожь. Объясните значение обеих реакций. Здесь нужно разделить реакции по их действию: одна уменьшает потерю тепла, другая увеличивает его образование. Бледность связана с изменением кровотока в коже, а дрожь — с работой мышц.

1. На холоде сосуды кожи сужаются, поэтому к поверхности поступает меньше крови.
2. Уменьшение кровотока снижает передачу тепла от тела окружающей среде; этим объясняется побледнение кожи.
3. Дрожь возникает из-за непроизвольных сокращений мышц, при которых образуется дополнительное тепло.

Ответ: бледность связана с сужением сосудов кожи и уменьшением потери тепла. Дрожь усиливает образование тепла, помогая организму согреться.

Задача 3

Во время интенсивной работы дыхание становится чаще и глубже. Нужно связать изменение дыхания с составом крови и работой дыхательного центра, не ограничиваясь объяснением «организму нужен кислород». Проследите события в причинном порядке: нагрузка меняет обмен веществ, а его продукты влияют на регуляцию дыхания.

1. Работающие мышцы интенсивнее используют вещества, поэтому обмен веществ усиливается.
2. При усиленном обмене обычно возрастает содержание углекислого газа в крови.
3. Изменение состава крови и сигналы рецепторов воздействуют на дыхательный центр продолговатого мозга.
4. Центр усиливает работу дыхательных мышц: дыхание становится чаще и глубже, вентиляция лёгких возрастает.

Ответ: усиление обмена веществ повышает содержание углекислого газа в крови. Это возбуждает дыхательный центр, который усиливает вентиляцию лёгких, помогая удалить избыток газа.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что температуру регулирует только потоотделение. Так думают, потому что при жаре пот особенно заметен, но при охлаждении организм использует другие реакции. Проверьте себя: можете ли вы назвать способ уменьшить потерю тепла и способ увеличить его образование? Это сужение сосудов кожи и дрожь.

Не следует путать постоянство температуры тела с неизменностью температуры кожи. Кожа соприкасается с окружающей средой, поэтому её температура может меняться, тогда как организм регулирует температуру тела в целом. Проверка простая: вспомните, что при холоде кожа бледнеет и охлаждается из-за сужения сосудов. Это не означает, что вся температура тела обязательно изменилась так же.

Ошибка — объяснять учащение дыхания только нехваткой кислорода. Такое объяснение кажется очевидным при нагрузке, но важным сигналом для дыхательного центра служит и повышение содержания углекислого газа в крови. Проверьте причинную цепочку: усиление обмена веществ — рост углекислого газа — усиление дыхания, помогающего удалить его избыток.

Неверно считать дыхательный центр единственным участником регуляции дыхания. Центр управляет дыхательными мышцами, но получает сигналы от рецепторов и реагирует на изменения состава крови. Для самопроверки объясните, что именно вызывает изменение дыхания и кто его выполняет. Изменения воспринимаются рецепторами и составом крови, а дыхательный центр меняет ритм и глубину дыхания.

Связь с другими темами

Чтобы понять терморегуляцию и дыхание, нужно знать, как работают нервная и гуморальная регуляция, что происходит при обмене веществ и каковы функции кожи. Нервная регуляция передаёт сигналы, а вещества крови сообщают об изменениях внутренней среды. Кожа участвует в отдаче тепла, а обмен веществ связан с его образованием и появлением углекислого газа.

Эта тема помогает понять, как организм поддерживает постоянство внутренней среды, несмотря на смену условий и нагрузок. Она также показывает связь дыхания с физической работой: когда обмен веществ усиливается, меняется состав крови, а дыхание подстраивается под потребности организма.

Что запомнить

• Терморегуляция поддерживает температуру тела в допустимых пределах.
• При перегревании организм усиливает отдачу тепла.
• При охлаждении организм уменьшает потерю тепла и усиливает его образование.
• Дрожь возникает из-за непроизвольных сокращений мышц.
• Дыхательный центр находится в продолговатом мозге.
• Избыток углекислого газа обычно усиливает и учащает дыхание.