ויסות חום באדם

אורגניזמים המווסתים חום מסוגלים לשמור על תנאים פנימיים קבועים יחסית ?(הומאוסטזיס) למרות שינויים גדולים בתנאי הסביבה. האדם מהווה דוגמא מצוינת לאורגניזם המווסת חום, כלומר מסוגל לשמור על טמפרטורה פנימית קבועה יחסית בשעה שהוא נחשף לטווח נרחב של תנאים סביבתיים. בגלל יכולת זאת, האדם נחשב ל"הומאותרמי"...

תוכן הענינים

• מבוא
• מכניזמים של ויסות חום
• "אבני הדרך" ביצירה ובשחלוף חום

אורגניזמים המווסתים חום מסוגלים לשמור על תנאים פנימיים קבועים יחסית (הומאוסטזיס) למרות שינויים גדולים בתנאי הסביבה. האדם מהווה דוגמא מצוינת לאורגניזם המווסת חום, כלומר מסוגל לשמור על טמפרטורה פנימית קבועה יחסית בשעה שהוא נחשף לטווח נרחב של תנאים סביבתיים. בגלל יכולת זאת, האדם נחשב ל"הומאותרמי"- בעל דם חם, ובגלל יכולת זאת הוא מסוגל לחיות בתנאי סביבה שונים ומגוונים.

הטמפרטורה של גוף האדם נעה בתבנית רגילה פחות או יותר בסביבות ממוצע של C°37. באיברים הפנימיים העמוקים שהינם אקטיביים מאוד מטאבולית כגון הלב, המח, הכבד והכליה יש טמפרטורות גבוהות יותר מאשר לרקמות פריפריות. בשעת ביצוע מאמץ, טמפרטורת השרירים עולה, תבניות זרימת הדם משתנות, והחום המטבולי העודף מפוזר בצורה נרחבת יותר דרך הגוף. טמפרטורת העור (הטמפרטורה של השטח החיצוני של הגוף) משתנה בצורה נרחבת בתלות בגורמים כגון עומס חום מטבולי, תבניות זרימת הדם התת- עורית, טמפרטורת הסביבה, עומס קרינתי, הפרשת הזיעה, הסעת זרמי אוויר על הגוף והלחות היחסית של האוויר. כל משתנים אלו משחקים תפקיד בויסות טמפרטורת הגרעין (המיוצגת על ידי הטמפרטורה הרקטלית) של הגוף (הטמפרטורה הפנימית של הגוף) בטווח צר יחסית. הגעה לטמפרטורת גרעין של C°41 היא בדרך כלל קטלנית.

בבני אדם, ויסות חום הוא כנראה בשליטתו של ההיפותלמוס. ההיפותלמוס מתפקד כמעין תרמוסטט אנושי הממוקם מעל עצב הראייה, בבסיס גזע המח ההיפותלמוס משמש כחיישן תרמי, כאינטגרטור (כמשלב) של מידע המגיע מאזורים שונים בגוף וכשולט על מכניזמים משפיעים שונים (אפקטורים), אשר תמיד מוכנים להעלות או להוריד את יכולת הגוף לשמור או לפלוט חום.

הפעילות האינטגרטיבית של ההיפותלמוס היא להשוות מידע חושי (של טמפרטורות) עם טמפרטורת set-point כמו תרמוסטט חשמלי. אם המידע האינטגרטיבי מגלה כי טמפרטורת הגוף היא מעל ה- set-point, הפעילות העצבית שמקורה בחלקו הקדמי של ההיפותלמוס גוברת, ומכניזמים אפקטורים (משפיעים) העוזרים לפזר חום מהרקמות כגון וואזודיליטציה (הרחבה של כלי דם) והזעה מופעלים. במקרה ההפוך, אם המידע האינטגרטורי מגלה כי טמפרטורת הגוף היא מתחת ל- set-point הפעילות העצבית שמקורה בחלק האחורי של ההיפותלמוס גוברת, ומכניזמים אפקטורים המשמרים חום כגון וואזוקונסטריקציה (הצרת כלי דם) ורעד מופעלים. בכל מקרה אין הפעלה של שני אזורי שליטה אלו בו זמנית וכאשר האחד מגורה השני מדוכא.

על מנת לשמור על טמפרטורת גוף של C°37, הגוף חייב לאזן כמותית את המנגנונים הפיזיקליים של שחלוף החום (קרינה, הולכה, הסעה ואידוי) ביחס לייצור החום המטבולי ותנאי הסביבה.

• ייצור חום מטבולי - Metabolic heat: ייצור חום מטבולי הוא הדרך היחידה של הגוף ליצור חום, וככזה הוא אינו נחשב לאמצעי לשחלוף חום. זוהי סך כל האנרגיה המשוחררת מתהליכים אירוביים ואנאירוביים ובדרך כלל נקבעת על ידי מדידת צריכת החמצן. ייצור החום המטבולי יכול לעלות באופן רצוני על ידי פעילות גופנית, ובאופן לא רצוני על ידי רעד (מקור).
• קרינה- Radiation: קרינה היא מעבר חום על ידי קרניים אינפרא-אדומות, העשויה לגרום לאיבוד/קליטת חום משטח פני העור אל/מחפץ כלשהו הנמצא בקרבת הגוף, ללא מגע בין השניים. קליטת חום השמש ביום קיץ בהיר הוא הדוגמא הברורה ביותר לחילוף חום על ידי קרינה. קליטת חום על ידי קרינה בגוף האדם תתקיים כאשר טמפרטורת האובייקט (פולט הקרינה) תהיה גבוהה מטמפרטורת העור ואילו פליטת חום מגוף האדם תתקיים כאשר טמפרטורת העור תהיה גבוהה מטמפרטורת האובייקט המצוי בסביבה.
• הולכה - Conduction: הולכה של חום מתרחשת בכל פעם ששתי חומרים בעלי טמפרטורות שונות נמצאים במגע ישיר. מעבר אנרגיית החום מחומר אחד לאחר קשורה ישירות להפרש הטמפרטורות בין המדיומים (מעבר החום מהיר יותר ככל שההפרש גדול יותר). הדבר הוא גם פונקציה ישירה של מקדם הולכת החום של כל חומר. מעבר אנרגיית החום יהיה תמיד מהחומר בעל הטמפרטורה הגבוהה יותר לחומר בעל הטמפרטורה הנמוכה יותר עד להשוואת הטמפרטורות. חילוף חום על ידי הולכה מייצג רק אחוז קטן מסך כל שחלוף החום בין הגוף לסביבה. כתוצאה מכך, הולכה בדרך כלל אינה נלקחת בחשבון בנפרד אלא ביחד עם קרינה והסעה.
• הסעה - Convection: הסעה היא מעבר חום בין עצם (גוף) לבין גז או נוזל (במקרים מסוימים גם מוצק) הנגרם מתנועה בלתי פוסקת של מולקולות הגז/הנוזל אשר עימם בא הגוף במגע. במהלך איבוד החום, מתרחקות המולקולות שהתחממו ממקור החום ומתחלפות במולקולות קרות יותר. מכאן, כמות החום האובדת תלויה בקצב של תנועת המולקולות על גבי העצם.
• אידוי - Evaporation אידוי מתרחש כאשר מים משנים מצב צבירה מנוזל לגז. על מנת שזה יקרה, חום חייב להיות מסופק. אנרגיית החום הדרושה נקראת "החום הכמוס של האיוד" והיא שווה ל- 580 קלוריות לגרם מים. איבוד חום על ידי אידוי קשור ישירות לחום האיוד ולכמות הנוזל שהתאיידה. בגוף האנושי, איבוד חום על ידי אידוי מתרחשת כתוצאה של הזעה ואיבוד נוזלים דרך דרכי הנשימה בזמן הנשימה (איבוד החום בנשימה הוא בד"כ אינו משמעותי). איבוד החום על ידי האידוי מושפע משמעותית מהלחות היחסית של האוויר וככל שהלחות היחסית נמוכה יותר איבוד החום על ידי האידוי הוא גדול יותר.