Терморегуляция

Живой организм постоянно контактирует с окружающей средой, для которой характерны значительные колебания температуры. Однако внутренние органы человека способны выполнять свои функции только при температуре около 37^о С. В связи с этим, в ходе эволюции, у человека и других теплокровных выработались физиологические механизмы поддержания постоянной температуры тела. Они основаны на сохранении равенства теплопродукции (количества вырабатываемого организмом тепла) и теплоотдачи (количества выделяемого в окружающую среду тепла). Если теплопродукция меньше теплоотдачи, тело охлаждается. Температура тела растет, когда теплопродукция выше теплоотдачи.

Все живые организмы непрерывно вырабатывают тепло. Его источниками являются: обмен веществ (химический или несократительный термогенез) и работа мышц (сократительный термогенез).

Для выведения тепла используются: излучение, теплопроведение, естественная и принудительная конвекция, а также испарение.

Излучение - выведение тепла в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона. Интенсивность этого процесса пропорциональна площади контакта кожи с окружающей средой (и даже вакуумом) меньшей температуры и разности этих температур.

Теплопроведение - отдача тепла при контакте тела с другими объектами. Эффективность этого механизма пропорционально разнице температур контактирующих тел, площади и времени контакта, а также теплопроводности. Сухой воздух и жировая ткань являются теплоизоляторами, а влажный воздух и вода имеют высокую теплопроводность. Поэтому пребывание при низкой температуре в среде с высокой влажностью усиливает теплопотери.

Естественная конвекция осуществляет перенос тепла с воздухом или жидкостью. Для этого требуется постоянное обтекание поверхности тела средой с более низкой температурой. Она при контакте с кожей нагревается, снижает свою плотность, поднимается и замещается более холодной. Роль естественной конвекции в теплоотдаче высока. Поэтому при угрозе перегрева (например, в жаркую погоду на улице или в горячих цехах) рекомендуется для облегчения конвекции одевать свободную одежду.

Если естественная конвекция не дает достаточного охлаждающего эффекта, возможно использование принудительной конвекции. Для этого достаточно использовать вентилятор или расположиться там, где есть сквозняки. Условия невесомости делают естественную конвекцию невозможной, так как нагретый или охлажденный воздух остаются на месте. В этом случае для исключения перегрева космонавтов всегда используют принудительную конвекцию с помощь постоянно работающих вентиляторов.

Излучение, теплопроведение и конвекция обеспечивают выведение тепла только в сторону более холодных объектов. Единственным способом рассеяния тепла при повышенной температуре окружающей среды остается испарение влаги с покровов тела (на испарение 1 г воды затрачивается 0,58 ккал). Оно замедляется по мере увеличения влажности окружающего воздуха, а при 100% влажности – прекращается. При умеренной влажности воздуха, не ощущаемое человеком испарение с покровов тела происходит постоянно и выводит относительно небольшое количество тепла. При угрозе перегревания симпатическая нервная система стимулирует потоотделение настолько, что испарение с кожи становится ощутимым и резко возрастает его вклад в теплоотдачу.

Поскольку основная часть тепла выводится из организма через кожу, ее температура зависит от интенсивности местного кровообращения и состояния окружающей среды, а терморегуляция в организме человека поддерживает постоянство температуры не кожи, а тканей, расположенных на глубине 1 см от поверхности и более. Их называют ядром или сердцевиной тела.

На основании поступающей с терморецепторов информации о температуре покровов и ядра тела, кора больших полушарий и гипоталамус обеспечивают температурные ощущения (холодно, жарко). При отклонении температуры ядра тела от необходимой величины, ЦНС формирует поведение, направленное на поиск более комфортной среды, а также воздействует на теплоотдачу и теплопродукцию.

В первую очередь, гипоталамус стремится поддерживать температуру ядра, изменяя теплоотдачу. Для этого, при угрозе переохлаждения, снижается приток крови к коже и потоотделение. Если перечисленные реакции не достаточны, гипоталамус активизирует сократительный и несократительный термогенезы. Сократительный термогенез разделяют на произвольный и непроизвольный. В первом случае, дополнительным источником тепла становится повышение двигательной активности. При непроизвольном термогенезе, наблюдается последовательное увеличение тонуса мышц подбородка, шеи, верхнего плечевого пояса, туловища и сгибателей конечностей. Это повышает сократительную активность отдельных мышечных волокон, что увеличить общую теплопродукцию на 20-40% и, одновременно, придает позу, уменьшающую площадь контакта тела с внешней средой. Дальнейшее охлаждение ядра тела вызывает холодовую мышечную дрожь. При ней минимальная мышечная работа сопровождается освобождением значительного количества тепла. Несократительный термогенез обеспечивается за счет активации окисления органических веществ в тканях.

Повышение температуры вызывает преимущественное усиление теплоотдачи (теплопродукция при этом может даже несколько снижаться). Для этого расширяются сосуды кожи, усиливается теплоизлучение, теплопроведение и конвекция с поверхности тела. Если температура тела продолжает увеличиваться, резко усиливается потоотделение.

Для большинства людей поведенческая адаптация к температуре среды обитания проявляется использованием соответствующей одежды и созданием необходимого микроклимата в жилище. В условиях продолжительного действия холода может возникнуть толерантная адаптация. При ней порог развития дрожи и усиления обменных процессов смещается к более низким температурам. Например, аборигены Австралии проводят ночь почти раздетые при температуре, близкой к нулю, без развития дрожи. В то же время, у жителей Севера выработалась метаболическая адаптация: интенсивность обмена стала выше.