Терморегуляция и тепловой баланс

Рис. 5. Схема нервного контроля терморегуляторных эффекторных элементов

Регуляция температуры тела

Как образование, так и отдача тепла находятся в прямой зависимости от температуры окружающей среды и регулируются весьма чувствительными механизмами, управляемыми центральной нервной сис-
темой. Только при долгосрочной адаптации в регуляцию этих функций включаются и гормональные процессы. В терморегуляции участвуют два отдела центральной нервной системы – соматомоторная и симпатическая (рис. 5). Главный центр терморегуляции находится в гипоталамической области головного мозга, в так называемом сером бугре.

Регуляция термогенеза

Дрожь индуцируется и поддерживается с помощью двигательной системы. Так называемый центральный дрожательный путь связывает центральную терморегуляторную область с ядрами двигательной системы, расположенными в среднем и продолговатом мозге. Недрожательный термогенез регулируется с помощью симпатической нервной системы.

Процесс потоотделения у человека регулируется исключительно с помощью холинергических симпатических волокон, и может быть выключен атропином. Выделение пота индуцируют ацетилхолин, пилокарпин и другие парасимпатические вещества. В определенных условиях (например, при сильном психическом напряжении) сужение кровеносных сосудов в коже кистей рук и стоп сопровождаться выделением пота на поверхности ладоней и стоп. С точки зрения терморегуляции, это случай эмоционального, а не теплового потоотделения.

Кровеносные сосуды непосредственно реагируют на изменения температуры. Обычной реакцией является холодовое расширение сосудов. Когда человек попадает на сильный холод, у него вначале сосуды максимально суживаются, что проявляется в бледности и ощущении холода и часто сопровождается болевыми ощущениями в акральных областях. Однако через некоторое время кровь устремляется в сосуды охлажденных частей тела, что сопровождается покраснением и согреванием кожи. Если воздействие холода продолжается, последовательность событий повторяется.

Считается, что холодовое расширение сосудов служит защитным механизмом для предотвращения обморожений и некрозов, связанных с недостаточностью кровоснабжения. Однако из опыта известно, что на сильном морозе значительные локальные поражения возникают несмотря на расширение сосудов, а защитное действие холодового расширения сосудов проявляется обычно у людей, адаптированных к холоду.

Вместе с тем этот механизм может ускорить летальный исход от общего переохлаждения у тех, кто оказался за бортом судна и вынужден находиться в холодной воде в течение продолжительного времени.

Терморецепция

В гипоталамус по нервным волокнам непрерывно поступают сигналы об изменениях температуры в самом организме и в окружающей его среде. Поставляют эту информацию терморецепторы: тепловые, которые сигнализируют о повышении температуры, и холодовые – о ее понижении. Особенно много рецепторов на поверхности кожи (около 30 тыс. тепловых и примерно 250 тыс. холодовых!) и в гипоталамусе. Термочувствительные структуры были обнаружены также в нижней части ствола головного мозга (среднем и продолговатом мозге). Рецепторы, расположенные в мозге и других внутренних органах, реагируют на температуру крови, а кожные – на температуру воздуха.

Высокой термочувствительностью обладает спинной мозг. У собак и других животных при повышении температуры спинного мозга по всей его длине лишь на несколько десятых долей градуса наблюдаются одышка, расширение кровеносных сосудов и угнетение термогенеза. Охлаждение спинного мозга вызывает дрожь, но для этого требуется значительное изменение температуры.

Онтогенетические и адаптивные изменения терморегуляции

Новорожденные особи млекопитающих разных видов (суслики, хомяки) не способны к терморегуляторной выработке тепла. Интенсивность обменных процессов у них изменяется в зависимости от температуры так же, как у пойкилотермных животных. Лишь через несколько недель после появления на свет соответствующие механизмы этих новорожденных начинают реагировать на температурные стимулы. У других видов, включая человека, все терморегуляторные реакции (усиленный термогенез, вазомоторные реакции, выделение пота, поведенческие реакции) могут включаться сразу после рождения; это относится даже к недоношенным младенцам, вес которых при рождении составляет около 1000 г. У новорожденных детей, как правило, термогенез обеспечивается не за счет механизма дрожи, а другим путем, так что его можно обнаружить только с помощью специальных методов. Выработка тепла у младенцев может повышаться без участия механизма дрожи на 100–200% по сравнению с уровнем в условиях покоя. Только в случае предельного холодового стресса механизм термогенеза дополняется дрожью.

Малые размеры новорожденного ребенка неблагоприятны с точки зрения терморегуляции. Отношение поверхности к объему тела даже у доношенного новорожденного примерно в три раза больше, чем у взрослого. Кроме того, поверхностный слой тела и изолирующая прослойка весьма тонки. В связи с этим даже при максимальном сужении сосудов у новорожденного перенос тепла из организма во внеш-нюю среду не может уменьшиться в такой степени, как у взрослого человека.

Однако в ограниченном диапазоне температура тела у новорожденного регулируется так же точно, как и у взрослого, поскольку пороговые температуры для реакции сужения сосудов и для термогенеза «подстроены» в соответствии с размерами тела. У очень маленьких недоношенных новорожденных терморегуляция неэффективна; до тех пор, пока они не прибавят достаточно в весе, их следует держать в термостатируемых боксах (инкубаторах).

Адаптация к условиям окружающей среды

Регуляторные механизмы – термогенез, сосудодвигательные реакции, потоотделение – всегда готовы к действию и могут включиться в течение нескольких секунд или минут после наступления температурного стресса. Кроме них существуют и другие механизмы, обеспечивающие продолжительную адаптацию к климатическим изменениям в окружающей среде.

Соответствующие процессы, называемые также физиологической адаптацией, или акклиматизацией, основаны на таких модификациях органов и функциональных систем, которые развиваются только под влиянием продолжительных (в течение дней, недель или месяцев) постоянных или повторяющихся температурных стрессов.

Тепловая адаптация. Способность людей адаптироваться к теплу играет решающую роль для выживания в условиях тропиков и пустыни, а также для выполнения тяжелой работы при высокой температуре на производстве. Наиболее важный сдвиг, возникающий в ходе тепловой адаптации, – это изменение интенсивности потоотделения, которая может возрастать в два раза и у хорошо тренированных людей составлять 1–2 л/ч. Кроме этого, выделение пота начинается при более низкой средней кожной и внутренней температурах; следовательно, снижается температурный порог активации регуляторных механизмов. Благодаря этим изменениям уменьшается средняя температура тела при данной тепловой или рабочей нагрузке, что служит защитой теплового удара. Адаптация связана также со значительным уменьшением концентрации солей в поту, благодаря чему уменьшается вероятность шока из-за их потери.

При увеличении тепловой нагрузки изменяется состав крови: снижается объем плазмы и концентрация гемоглобина. В ходе тепловой адаптации происходит компенсация этих неблагоприятных изменений.

По мере развития тепловой адаптации усиливается чувство жажды; если потери воды не восполня-ются, может наступить летальная гипертермия.

Такие приспособительные изменения вызываются кратковременными сильными тепловыми нагрузками. Другая форма приспособления существует у жителей тропиков, круглосуточно находящихся в условиях высокой окружающей температуры. Температурный порог потоотделения у них сдвинут в сторону более высокой температуры тела, в результате чего они меньше потеют при ежедневной тепловой нагрузке. Этот механизм называют толерантной адаптацией.

Холодовая адаптация. Многие виды животных адаптируются к холоду очень просто: благодаря отрастанию меха у них усиливается термоизоляция. У мелких животных развивается недрожательный термогенез и бурая жировая ткань.

У взрослого человека, подолгу находящегося на сильном морозе, не может увеличиться волосяной покров или достаточно развиться недрожательный термогенез, поэтому часто можно слышать мнение, что взрослые люди не способны к какой-либо физиологической адаптации к холоду – они должны рассчитывать на поведенческую адаптацию (одежда, теплые жилища). Однако данные, полученные в последнее время, свидетельствуют, что в условиях продолжительного воздействия холода у людей развивается толерантная адаптация. Температурный порог дрожи и параметры терморегуляторных реакций смещаются в область более низких температур, вследствие чего может возникать умеренная гипотермия.

Подобного рода толерантная адаптация впервые была отмечена у аборигенов Австралии; они могут провести целую ночь почти раздетыми при температуре воздуха, близкой к нулю, и при этом не испытывать дрожи. Подобная способность хорошо развита также у корейских и японских женщин – искательниц жемчуга, по нескольку часов в день ныряющих на глубину, где температура воды составляет около 10 °С.

Температурный порог дрожи может быть сдвинут в сторону более низких значений всего за несколько дней, если периодически подвергать испытуемых холодовому стрессу в течение 30–60 мин. При этом температурные пороги механизмов, ответственных за выведение из организма излишков тепла (например, выделение пота), остаются неизменными.

При длительном пребывании на холоде такая форма адаптации, по-видимому, непригодна. Действительно, у индейцев племени алакалуф (о-ва Западной Патагонии) выработался другой приспособительный механизм. У этих людей, постоянно подвергающихся воздействию холодного воздуха, дождя и снега, интенсивность основного обмена на 25–50% выше нормы. Подобная метаболическая адаптация была обнаружена также у эскимосов.

Локальная адаптация. Если руки тепло одетого человека регулярно подвергаются воздействию холода, то болевые ощущения в руках уменьшаются. Эффект частично обусловлен тем, что холодовое расширение сосудов возникает при более высокой кожной температуре. При этом действуют и другие механизмы, способствующие снижению болевых ощущений.

...Во всех людях природой заложены одни и те же механизмы терморегуляции. Но далеко не у всех они действуют одинаково эффективно. Индивидуальные реакции на холод и тепло создаем мы сами, потому что либо тренируем, либо не тренируем их. А именно тренировка и только тренировка с использованием любых методов закаливания – от сухих и влажных растираний до холодного душа – совершенствует работу аппарата терморегуляции и расширяет возможности приспособления организма к изменяющейся температуре окружающей среды.