24.6 Orku- og varmajafnvægi
24.6 Orku- og varmajafnvægi
Námsmarkmið
Að loknum þessum kafla átt þú að geta:
- Lýst hvernig líkaminn stjórnar líkamshita
- Útskýrt merkingu efnaskiptahraða
Líkaminn stjórnar líkamshita með hitastjórnun, sem heldur kjarnahita innan lífeðlisfræðilegra marka þrátt fyrir breytingar í umhverfi og hitamyndun. Kjarnahiti er ekki föst tala heldur breytist meðal annars eftir mælistað, tíma sólarhrings, hormónaástandi og hreyfingu; 36,5–37,5 °C (97,7–99,5 °F) er aðeins algengt viðmiðunarbilið. Efnaskipti mynda hita bæði vegna ófullkominnar umbreytingar efnaorku í ATP og þegar ATP er notað. Því er ekki til eitt fast 60 prósenta hlutfall sem gildir um allar frumur og aðstæður; að lokum breytist nær öll efnaskiptaorka í hita í líkamanum eða umhverfinu. Hitastjórnun byggist á neikvæðri afturvirkni.
Hitastjórnun byggist á dreifðu kerfi hitaskynjara, taugabrauta og svarferla, þar sem forsjónarsvæði undirstúku gegnir lykilhlutverki (mynd 24.23). Þegar kjarnahiti hækkar eykur kerfið meðal annars blóðflæði um húð og svitamyndun; uppgufun svita kælir líkamann. Þegar hitinn lækkar geta æðaþrenging húðar, skjálfti og hitamyndun án skjálfta aukið varðveislu og myndun hita. Skjaldkirtilshormón hafa einkum hægari áhrif á efnaskiptahraða og kuldaaðhæfingu en eru ekki einfaldur tafarlaus hitastillir. Varmahlutlaust hitabil er það umhverfishitabil þar sem líkami í hvíld heldur kjarnahita með lágmarksaukningu á efnaskiptahita og án virkrar svitamyndunar. Fyrir nakinn fullorðinn einstakling er oft nefnt hitastig nálægt 84 °F, um 29 °C, en bilið breytist með klæðnaði, líkamsbyggingu, loftstreymi, raka og virkni. Jafnvel innan þess heldur líkaminn áfram að mynda og losa hita.
Varmaskipti
Líkaminn skiptist á varma við umhverfið með fjórum meginleiðum: varmaleiðni, varmaburði, geislun og uppgufun. Nettóvarmi flyst vegna hitamunar frá heitara kerfi til kaldara; ekki er um „styrk“ varma að ræða. Hraði og jafnvel stefna varmaskiptanna ráðast af hitastigi yfirborða og lofts eða vatns, loftstreymi, raka, klæðnaði og stærð þess yfirborðs sem tekur þátt.
Varmaleiðni er varmaflutningur milli efna sem snertast beint. Húð leiðir til dæmis varma í kalt glas, en heitur bolli leiðir varma í kaldar hendur. Fullyrðing um að aðeins um 3 prósent líkamshita tapist þannig er aðeins dæmi fyrir ákveðnar kyrrar aðstæður; snertiflötur, efni, einangrun og hitamunur geta breytt hlutdeildinni mjög.
Varmaburður er varmaflutningur með hreyfingu vökva eða lofts við húð. Upphitað loft eða vatn færist frá húðinni og kaldara efni tekur við. Vatn leiðir og flytur varma mun hraðar en loft, svo kalt vatn getur valdið ofkælingu ef hitatap verður meira en hitamyndun líkamans. Talan 15 prósent er aðeins kennsludæmi; vindur, straumur, hitamunur, bleyta og klæðnaður ráða raunverulegri hlutdeild.
Geislun flytur varma með rafsegulbylgjum án beinnar snertingar. Líkaminn tekur við geislun frá heitari yfirborðum og sólarljósi og gefur frá sér innrauða geislun til kaldari umhverfisflata. Um 60 prósent er stundum nefnt sem hlutdeild geislunar í hitatapi nakins eða léttklædds einstaklings í kyrru, svölu innirými, en hlutfallið er ekki lífeðlisfræðilegur fasti.
Uppgufun fjarlægir varma þegar fljótandi vatn verður að gufu. Hún nær bæði til svita og stöðugs óskynjanlegs vatnstaps frá húð og öndunarvegi. Rakastig og loftstreymi ráða því hve vel sviti gufar upp; sviti sem drýpur af kælir lítið. Uppgufun er meginleið virkrar kælingar við áreynslu og í hita. Við hvíld er talan um 20 prósent aðeins nálgun við tilteknar umhverfisaðstæður.
Efnaskiptahraði
Efnaskiptahraði er hraði orkunotkunar líkamans, ekki orkuinntaka að frádreginni orkunotkun; sá mismunur lýsir orkujafnvægi. Grunnhraði efnaskipta (BMR) er mældur við ströng grunnskilyrði: einstaklingur er vakandi, í líkamlegri og andlegri hvíld, fastandi og í varmahlutlausu umhverfi. Hann er því ekki sama stærð og öll dagleg grunnstarfsemi, orkunotkun í hvíld eða heildarorkunotkun á sólarhring. Einföld skipting í 70 prósent grunnefnaskipti, 20 prósent hreyfingu og 10 prósent hitastjórnun er ekki almenn regla: hreyfihlutinn er mjög breytilegur og um 10 prósenta liðurinn er oftar tengdur varmamyndun vegna fæðu. Fitufrír massi og sérstaklega massi orkufrekra líffæra skýra stóran hluta breytileika BMR. Hreyfing eykur heildarorkunotkun en ekki sjálfkrafa BMR; aldurstengdar breytingar ráðast meðal annars af líkamsstærð, líffæra- og vöðvamassa, hormónum, heilsu og mæliaðstæðum.