Energia cieplna - energia (kinetyczna) bezładnego ruchu cząsteczek. W sensie fizycznym każda temperatura powyżej zera bezwzględnego stanowi ciepło. Jednostka - kaloria: 1 cal - ilość energii potrzebnej do ogrzania 1 cm³ wody od temp. 14,5 do 15,5 °C.

Pojemność cieplna - zdolność do kumulacji ciepła, ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała o 1°.

Rozchodzenie się ciepła - ilość przewodzenia (oddawania/przyjmowania) ciepła.

Temperatura - zależy od energii bezładnego ruchu cząsteczek.

SKALE TEMPERATURY

1. Skala Celcjusza [°C] - podstawową wartością służącą do określenia tej skali jest temperatura zmiany skupienia wody tzn. temperatura zamarzania wody (0 °C) i wrzenia wody (100 °C) (mierzona na poziomie morza).

2. Skala Kelvina - liczy się od zera bezwzględnego (0K= -273,16 °C ) tzn.

temperatury, w której nie występuje ruch żadnych atomów i cząsteczek danego ciała.

TK=t°C + 273,16

3. Skala Fahrenheita: 0 st. - temperatura zamarzania solanki

100 st. - temperatura ciała człowieka

TEMPERATURA CIAŁA CZŁOWIEKA

Człowiek - istota homotermiczna (stałocieplna) - utrzymuje stałą temperaturę pomimo zmian temperatury otoczenia. Dotyczy to części rdzennej, temperatura części korowej (kończyny i skóra) zachowuje się polikilotermicznie (zmiennocieplnie).

Temperatura rdzenna i korowa: izotermy (linie łączące punkty o takiej samej temperaturze) ciała w temperaturze wysokiej i niskiej.

zimno

ciepło

miejsce pomiaru temperatury	temperatura w stopniach Celcjusza	uwagi
jama ustna	37	bez ruchu jamy ustnej
odbytnica	37,3	u dorosłej osoby mierzona w odbytnicy na głębokości 5-8 cm, pomiar na mniejszej głębokości, w kanale odbytu może mierzyć temperaturę krwi splotu odbytniczego
w dole pachowym	36,7	bez ruchu kończyny, pomiar niedokładny, wymaga długiego pomiaru (kilka minut do 1/2 godz.)
skóra czoła		pomiar niedokładny
małżowina

Istnieją wahania temperatury ciała człowieka zależne od:

• pory dnia (dobowe wahania temperatury od 0,3-0,6 °C , najniższa w godzinach między 1-6, najwyższa w godzinach między 13-18),

• ćwiczeń i pracy fizycznej (podczas ciężkiej pracy fizycznej temperatura rektalna może dochodzić do 40 °C,

• cyklu miesiączkowego u kobiet (najniższa temperatura podczas menstruacji i ulega stopniowemu zwiększeniu do owulacji),

• patologii - gorączka.

WYMIANA CIEPŁA ORGANIZMU CZŁOWIEKA Z OTOCZENIEM

Oddawanie ciepła u ludzi.

Drogi oddawania ciepła	%
Promieniowanie Przewodzenie i konwekcja Parowanie wody przez skórę i płuca Ogrzewanie wdychanego powietrza Kał i mocz	60 14 23,7 1,7 0,6

Przyjmowanie ciepła u ludzi.

Drogi przyjmowania ciepła z zewnątrz

Przyjmowanie gorących pokarmów i płynów Wdychanie ciepłego powietrza Promieniowanie i przewodzenie - gdy temperatura otoczenia jest wyższa od temperatury ciała Zabiegi fizykalne

1. Przewodzenie ciepła - polega na wyrównaniu energii kinetycznej cząsteczek w wyniku ich bezpośredniego zderzenia. Zależy głównie od różnicy temperatury miedzy dwoma powierzchniami pozostającymi ze sobą w bezpośrednim kontakcie. Przez przewodzenie organizm może pobierać ciepło (gdy temperatura otoczeni przekracza temperaturę ciała)
   i oddawać ciepło (gdy temperatura otoczenia jest niższa od temperatury skóry).
   Tkanki ludzkie wykazują, zależnie od ukrwienia, różne przewodnictwo cieplne.

Współczynnik przewodnictwa cieplnego tkanek (wg. Wiedemanna).

Rodzaj tkanki	Współczynnik przewodnictwa cieplnego cal (cm x s x Kelvin)
Tkanki dłoni w warunkach zimnego powietrza	0,0008
Tkanki dłoni w warunkach normalnych	0,0023
Skóra mocno przekrwiona	0,0035
Skóra słabo przekrwiona	0,0012
Mięsień mocno przekrwiony	0,0015
Mięsień słabo przekrwiony	0,0012

2. Unoszenie ciepła (konwekcja) - ogrzane ciecze i ciała są bardziej lotne (mają mniejszą gęstość) i zabierają ze sobą ciepło - ruch cieczy lub gazu ze środowiska cieplejszego do zimniejszego. Na tej drodze przenoszone jest ciepło z wnętrza ciała na obwód oraz dzięki ruchowi powietrza usuwane jest ciepło z powierzchni skóry. Podstawowe znaczenie dla konwekcji ma gęstość powietrza o różnych temperaturach. Powietrze ogrzane jako lżejsze, unosi się do góry, a chłodniejsze opada w dół. Ważnym czynnikiem dla konwekcji jest ruch powietrza. Utrata ciepła zwiększa się proporcjonalnie do prędkości wiatru. Wilgotność pomimo zmniejszonej gęstości powietrza nie ma większego wpływu na utratę ciepła przez konwekcję.

3. Promieniowanie ciepła - każde ciało o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego jest źródłem promieniowania elektromagnetycznego, którego ilość jest wprost proporcjonalna do czwartej potęgi jego temperatury w skali Kelvina (prawo Stefana-Boltzmanna). Długość promieniowania emitowanego przez ogrzane ciało jest odwrotnie proporcjonalna do jego temperatury bezwzględnej (prawo Viena). Promieniowanie dotyczy więc powierzchni skóry i składników otoczenia. Gdy element otoczenia jest cieplejszy niż skóra, wówczas ciało pobiera promieniujące ciepło, gdy jest zimniejszy, wtedy skóra może wypromieniować ciepło w jego kierunku. Promieniowanie nie wymaga żadnego nośnika do przenoszenia ciepła, a temperatura powietrza (powietrze jest słabym promiennikiem) nie ma na to wpływu. W ten sposób ciepło może być pobierane przez skórę z IR pomimo otaczającego zimnego powietrza.

4. Utrata ciepła przez parowanie potu podczas ekspozycji człowieka na ciepło i w warunkach obciążenia organizmu ciepłem np. podczas pracy fizycznej. Pocenie i odparowywanie potu zależy od temperatury, wilgotności i ruchu powietrza. Czynnikiem ograniczającym parowanie potu jest duża wilgotność powietrza. Warunkiem oddawania ciepła przez parowanie jest suchość otaczającego powietrza (sauna, pustynia) - tolerancja w spoczynku wysokiej temperatury (80-l20°C). W warunkach dużej wilgotności (kąpiele parowe, dżungla) - tolerancja w spoczynku niższej temperatury (40-50UC).
   W normalnej temperaturze skóry wyparowanie 1 litra potu usuwa z organizmu 2428kJ (580 kcal) ciepła. Woda dostaje się na powierzchnię skóry poprzez dyfuzję oraz przez pobudzane drogą nerwową gruczoły potowe.

TERMOREGULACJA

TERMOREGULACJA - zdolność utrzymania stałej temperatury ciała (części rdzennej) w zmiennych warunkach środowiska - warunek sprawnego funkcjonowania organizmu stałocieplnego (ptaki, ssaki i ludzie). Warunkiem utrzymania stałej temperatury wewnętrznej ciała jest równowaga między ciepłem wytwarzanym w organizmie (termoregulacja chemiczna) i ciepłem wymienianym miedzy organizmem, a otoczeniem (termoregulacja fizyczna).

produkcja ciepła ciepło pozyskiwane z otoczenia

~

eliminacja ciepła

termoreceptory i termodetektory (struktury wrażliwe na zmiany temperatury)

(komórki rogów tylnych)

(skrzyżowana droga rdzeniowo-wzgórzowa w sznurach bocznych)

↓

ośrodek termoregulacji w podwzgórzu

↓

efektory termoregulacji

TERMORECEPTORY I TERMODETEKTORY

(struktury wrażliwe na zmiany temperatury)

Termoreceptory obwodowe zlokalizowane są w skórze, mięśniach, górnych drogach oddechowych, ścianach naczyń żylnych, a także w niektórych odcinkach przewodu pokarmowego. Dzielą się na receptory zimna i ciepła.

termoreceptory ciepła	termoreceptory zimna
dla zakresu temperatur powyżej 36° działają w zakresie temperatur 36° - 26° im wyższa temperatura tym częstotliwość impulsów włókien z receptorów większa liczebność mniejsza	dla zakresu temperatur poniżej 36° działają w zakresie temperatur 36° -43° im niższa temperatura tym częstotliwość impulsów włókien z receptorów większa liczebność większa

Termodetektory - (receptory ośrodkowe) struktury termowrażliwe zlokalizowane w podwzgórzu i w szyjnym odcinku rdzenia kręgowego. Reagują na zmianę temperatury docierającej do nich krwi.

DROGA DOŚRODKOWA

Receptor

↓

zwój międzykręgowy

↓

komórki rogów tylnych

↓

droga rdzeniowo-wzgórzowa (skrzyżowana)
w sznurach bocznych

↓

wzgórze

(ośrodek termoregulacji)

↓

(droga wzgórzowo-korowa)
kora mózgowa

OŚRODEK TERMOREGULACJI

Ośrodek termoregulacji zlokalizowany w podwzgórzu, w którym wyróżnia się ośrodek eliminacji ciepła i ośrodek zachowania ciepła.

Ośrodek eliminacji ciepła zlokalizowany jest w przedniej części podwzgórza i odpowiedzialny jest za kontrolę utraty ciepła.
Ośrodek zachowania ciepła zlokalizowany jest w tylnej części podwzgórza i odpowiedzialny jest za produkcję i zachowanie ciepła.

EFEKTORY UKŁADU TERMOREGULACJI

Efektory układu termoregulacji fizycznej (zwiększenie lub zmniejszenie utraty ciepła):

1. UKŁAD KRĄŻENIA:

- naczynia - pod wpływem ciepła dochodzi do zmniejszenia oporu naczyń powierzchownych skóry. Rozszerzenie naczyń krwionośnych skóry i zwiększenie skórnego przepływu krwi powoduje wzrost przenoszenia ciepła z wnętrza na powierzchnię ciała. Towarzyszy temu kompensacyjne zwężenie i zmniejszenie przepływu krwi przez trzewny obszar naczyniowy i nerki.

zwężenie naczyń:

- współczulne nerwy zwężające

- bezpośrednie działanie podwyższonej temperatury substancji naczyniorozszerzających (bradykinina i in.)

rozszerzenie naczyń:

- uwolnienie od impulsacji współczulnej

- serce - może wzrastać pojemność minutowa serca

- ciśnienie tętnicze krwi

kurczliwość

frakcja wyrzutowa obciążenie wstępne(preload)

pojemność obciążenie następcze (afterload)

minutowa serca

ciśnienie częstotliwość akcji
tętnicze krwi

opór naczyniowy
(stopień zwężenia naczyń)

2. GRUCZOŁY POTOWE:

• liczba różna w zależności od okolicy ciała (od 2000/cm² na dłoniach i stopach do
  100 - 200/cm² na skórze kończyn i klatki piersiowej),

• pobudzane przez cholinergiczne włókna współczulne,

• aktywacja pod wpływem stymulacji:

- ośrodkowych termodetektorów wrażliwych na wzrost temperatury wewnętrznej (ilość wydzielanego potu jest wprost proporcjonalna do wzrostu temperatury krwi dopływającej do podwzgórza w szerokim zakresie temperatury zewnętrznej).

- termoreceptorów skóry (wg niektórych autorów nie mają znaczenia przy wydzielaniu gruczołów potowych).

Efektory układu termoregulacji chemicznej (zwiększenie lub zmniejszenie tempa produkcji ciepła)

Produkcja ciepła w organizmie

Produkt przemian komórkowych Termogeneza drżeniowa Termogeneza bezdrżeniowa

Wytwarzanie ciepła w różnych narządach u ludzi w spoczynku (mężczyźni-m.c.70 kg)
narząd	odsetek ogólnej ilości ciepła
wątroba	26%
mięśnie	25,6%
mózg	18,3%
serce	8,0%
nerki	7,2%
pozostałe narządy	14,5%

1. MIĘSNIE SZKIELETOWE:

- mechanizm:

ATP → ADT + P

↓

utlenienie substratów w mitochondriach
i uwolnienie ciepła

- źródło energii: węglowodany, tłuszcze, białka

spoczynek:

• tonus mięśniowy - stała stymulacja alfa i gamma motoneuronów

• ruchy oddechowe

• drżenie mięśniowe

Efektywny proces, którego nasilenie zależy od temperatury i czasu narażenia, w skrajnych warunkach może 4-5,5 razy przekraczać tempo podstawowej przemiany materii.

Aktywności fizyczna:

Wytwarzanie ciepła w różnych stanach, zależnie od wysiłku fizycznego.
wysiłek fizyczny	wartość energetyczna (kJ/h)
spoczynek w łóżku praca siedząca lekka praca w pozycji stojącej chodzenie ciężka praca fizyczna	300 450 800 1500 2500

2. TKANKA TŁUSZCZOWA:

- jako źródło energii i ciepła w długotrwałych wysiłkach fizycznych

- jako izolator utraty ciepła

- rola brunatnej tkanki tłuszczowej jako źródła ciepła u noworodków

3. WĄTROBA (procesy metaboliczne, procesy wydzielnicze), INNE NARZĄDY.

HORMONY CIEPŁOTWÓRCZE: hormony tarczycy, aminy katecholowe, glukagon

7

---