24.6: Nishati na Mizani ya Joto

Malengo ya kujifunza

• Eleza jinsi mwili unasimamia joto
• Eleza umuhimu wa kiwango cha metabolic

Mwili unasimamia joto la mwili kwa njia ya mchakato unaoitwa thermoregulation, ambapo mwili unaweza kudumisha joto lake ndani ya mipaka fulani, hata wakati joto la jirani ni tofauti sana. Joto la msingi la mwili linabaki thabiti kwenye takriban 36.5—37.5 °C (au 97.7—99.5 °F). Katika mchakato wa uzalishaji wa ATP na seli katika mwili, takriban asilimia 60 ya nishati zinazozalishwa ni kwa namna ya joto inayotumiwa kudumisha joto la mwili. Thermoregulation ni mfano wa maoni hasi.

Hypothalamus katika ubongo ni kubadili bwana ambayo inafanya kazi kama thermostat kudhibiti joto la msingi la mwili (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Ikiwa hali ya joto ni kubwa mno, hypothalamus inaweza kuanzisha michakato kadhaa ili kuipunguza. Hizi ni pamoja na kuongeza mzunguko wa damu kwenye uso wa mwili ili kuruhusu uharibifu wa joto kupitia ngozi na kuanzishwa kwa jasho ili kuruhusu uvukizi wa maji kwenye ngozi ili kupendeza uso wake. Kinyume chake, ikiwa joto linaanguka chini ya joto la msingi la kuweka, hypothalamus inaweza kuanzisha kutetemeka ili kuzalisha joto. Mwili hutumia nishati zaidi na huzalisha joto zaidi. Aidha, homoni ya tezi itachochea matumizi zaidi ya nishati na uzalishaji wa joto na seli katika mwili. Mazingira inasemekana kuwa thermoneutral wakati mwili hautumii au kutolewa nishati ili kudumisha joto lake la msingi. Kwa binadamu uchi, hii ni joto la hewa la karibu 84 °.Kama joto ni kubwa, kwa mfano, wakati wa kuvaa nguo, mwili hulipa fidia na utaratibu wa baridi. Mwili hupoteza joto kupitia njia za kubadilishana joto.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Hypothalamus Udhibiti wa joto. Hypothalamus hudhibiti thermoregulation.

Utaratibu wa Kubadilishana joto

Wakati mazingira si thermoneutral, mwili hutumia taratibu nne za kubadilishana joto ili kudumisha homeostasis: upitishaji, convection, mionzi, na uvukizi. Kila moja ya taratibu hizi hutegemea mali ya joto inapita kutoka mkusanyiko wa juu hadi mkusanyiko wa chini; kwa hiyo, kila moja ya utaratibu wa kubadilishana joto hutofautiana kwa kiwango kulingana na joto na hali ya mazingira.

Uendeshaji ni uhamisho wa joto kwa vitu viwili vinavyowasiliana moja kwa moja na kila mmoja. Inatokea wakati ngozi inawasiliana na kitu cha baridi au cha joto. Kwa mfano, wakati wa kushikilia glasi ya maji ya barafu, joto kutoka kwenye ngozi yako litawasha joto kioo na kwa upande wake huyeyuka barafu. Vinginevyo, siku ya baridi, unaweza kuwaka kwa kuifunga mikono yako baridi karibu na mug ya kahawa ya moto. Tu asilimia 3 ya joto la mwili hupotea kupitia conduction.

Convection ni uhamisho wa joto kwa hewa inayozunguka ngozi. Hewa ya joto huinuka mbali na mwili na inabadilishwa na hewa ya baridi ambayo hatimaye huwaka. Convection pia inaweza kutokea katika maji. Wakati joto la maji liko chini kuliko joto la mwili, mwili hupoteza joto kwa kuwaka maji karibu na ngozi, ambayo huenda mbali ili kubadilishwa na maji baridi. Maji ya convection yaliyoundwa na mabadiliko ya joto yanaendelea kuteka joto mbali na mwili kwa haraka zaidi kuliko mwili unaweza kuibadilisha, na kusababisha hyperthermia. Karibu asilimia 15 ya joto la mwili hupotea kupitia convection.

Mionzi ni uhamisho wa joto kupitia mawimbi ya infrared. Hii hutokea kati ya vitu viwili wakati joto lao linatofautiana. Radiator inaweza joto chumba kupitia joto kali. Siku ya jua, mionzi kutoka jua hupunguza ngozi. Kanuni hiyo inafanya kazi kutoka kwa mwili hadi mazingira. Karibu asilimia 60 ya joto lililopotea na mwili linapotea kupitia mionzi.

Uvukizi ni uhamisho wa joto kwa uvukizi wa maji. Kwa sababu inachukua nishati kubwa kwa molekuli ya maji kubadili kutoka kioevu hadi gesi, maji yanayovukiza (kwa njia ya jasho) inachukua nayo nishati kubwa kutoka kwenye ngozi. Hata hivyo, kiwango ambacho uvukizi hutokea hutegemea unyevu wa jama—jasho zaidi huvukiza katika mazingira ya chini ya unyevu. Kujitokeza ni njia kuu ya kuimarisha mwili wakati wa mazoezi, wakati wa kupumzika, asilimia 20 ya joto iliyopotea na mwili hutokea kwa njia ya uvukizi.

Kiwango cha metabolic

Kiwango cha metabolic ni kiasi cha nishati zinazotumiwa chini ya kiasi cha nishati inayotumiwa na mwili. Kiwango cha kimetaboliki cha basal (BMR) kinaelezea kiasi cha nishati ya kila siku inayotumiwa na wanadamu wakati wa kupumzika, katika mazingira yasiyo ya kawaida, wakati wa hali ya postabsorptive. Inapima kiasi gani cha nishati ambacho mwili unahitaji kwa shughuli za kawaida, za msingi, za kila siku. Karibu asilimia 70 ya matumizi yote ya nishati ya kila siku hutoka kwa kazi za msingi za viungo vya mwili. Asilimia nyingine 20 hutoka kwa shughuli za kimwili, na asilimia 10 iliyobaki ni muhimu kwa udhibiti wa mwili au udhibiti wa joto. Kiwango hiki kitakuwa cha juu ikiwa mtu anafanya kazi zaidi au ana mwili wa konda zaidi. Kama umri, BMR ujumla itapungua kama asilimia ya chini konda misuli molekuli itapungua.

Sura ya Mapitio

Baadhi ya nishati kutoka kwa chakula ambacho huingizwa hutumiwa kudumisha joto la msingi la mwili. Nishati nyingi zinazotokana na chakula hutolewa kama joto. Halijoto ya msingi huhifadhiwa karibu 36.5—37.5 °C (97.7—99.5 °F). Hii ni tightly umewekwa na hypothalamasi katika ubongo, ambayo hisia mabadiliko katika joto la msingi na kazi kama thermostat kuongeza jasho au kutetemeka, au inducing taratibu nyingine kurudi joto kwa aina yake ya kawaida. Mwili unaweza pia kupata au kupoteza joto kupitia njia za kubadilishana joto. Uendeshaji huhamisha joto kutoka kwa kitu kimoja hadi nyingine kupitia mawasiliano ya kimwili. Convection huhamisha joto kwa hewa au maji. Mionzi uhamisho joto kupitia mionzi infrared Uvukizi huhamisha joto kama maji yanavyobadilika hali kutoka kiowevu hadi gesi.

Mapitio ya Maswali

Swali: Joto la mwili linadhibitiwa na ________. Joto hili daima huhifadhiwa kati ya ________.

A. pituitari; 36.5-37.5 °C

B. hypothalamus; 97.7-99.5 °F

C. hypothalamus; 36.5-37.5 °F

D. pituitari; 97.7-99.5 °F

Jibu: B

Swali: Homa huongeza joto la mwili na inaweza kushawishi baridi ili kusaidia kupunguza joto la chini. Nini njia nyingine ziko ili kudhibiti joto la mwili?

A. kutetemeka

B. jasho

C. erection ya nywele juu ya mikono na miguu

D. yote ya hapo juu

Jibu: D

Q. joto kujisikia juu ya kiti yako wakati kusimama ilihamishwa kutoka ngozi yako kupitia ________.

A. upitishaji

B. convection

C. mionzi

D. uvukizi

Jibu: A

Swali: Chumba kilichojaa msongamano hupungua kupitia utaratibu wa ________.

A. upitishaji

B. convection

C. mionzi

D. uvukizi

Jibu: C

Maswali muhimu ya kufikiri

Swali: Je, vasoconstriction inasaidia kuongeza joto la msingi la mwili?

Wakati damu inapita kwenye tabaka za nje za ngozi au kwa mwisho, joto hupotea kwa mazingira kwa njia za uendeshaji, convection, au mionzi. Hii itapunguza damu na mwili. Vasoconstriction husaidia kuongeza joto la msingi la mwili kwa kuzuia mtiririko wa damu kwenye safu ya nje ya ngozi na sehemu za nje za mwisho.

Swali: Je, kumeza chakula kunawezaje kuongeza joto la mwili?

A. kumeza chakula huchochea digestion na usindikaji wa wanga, protini, na mafuta. Uharibifu huu wa chakula husababisha glycolysis, mzunguko wa Krebs, mlolongo wa usafiri wa elektroni, oxidation ya asidi ya mafuta, lipogenesis, na oxidation ya amino asidi ili kuzalisha nishati. Joto ni matokeo ya athari hizo.

faharasa

kiwango cha metabolic basal (BMR)

kiasi cha nishati iliyotumiwa na mwili wakati wa kupumzika

upitishaji

uhamisho wa joto kupitia mawasiliano ya kimwili

myuko

uhamisho wa joto kati ya ngozi na hewa au maji

uvukizaji

uhamisho wa joto kwamba hutokea wakati mabadiliko ya maji kutoka kioevu na gesi

kiwango cha metabolic

kiasi cha nishati zinazotumiwa minus kiasi cha nishati expended na mwili

mionzi

uhamisho wa joto kupitia mawimbi infrared

thermoneutral

joto la nje ambalo mwili hautumii nishati yoyote kwa thermoregulation, kuhusu 84 °F

kusawazisha joto

mchakato wa kusimamia joto la mwili