1.Механизмы терморегуляции. Развития лихорадки.
Регуляция температуры заключается в согласовании процессов теплопродукции (химическая терморегуляция) и теплоотдачи (физическая терморегуляция). Процессы теплопродукции. Во всех органах вследствие процессов обмена веществ происходит теплопродукция. Поэтому кровь, которая оттекает от органов, как правило, имеет более высокую температуру, чем та, притекающей. Но роль различных органов в теплопродукции разная. В состоянии покоя на печень приходится около 20% общей теплопродукции, на другие внутренние органы - 56%, на скелетные мышцы - 20%, при физической нагрузке на скелетные мышцы - до 90%, на внутренние органы - только 8%. Таким образом, мощным резервным источником теплопродукции является мышцы при их сокращении. Изменение активности их метаболизма при локомоциях - основной механизм теплопродукции. Среди различных локомоций можно выделить несколько этапов участия мышц в теплопродукции. 1. Терморегуляционные тонус. При этом мышцы не сокращаются. Повышаются только их тонус и метаболизм. Этот тонус возникает вообще в мышцах шеи, туловища и конечностей. Вследствие этого теплопродукция повышается на 50-100%. 2. Дрожь возникает неосознанно и заключается в периодической активности высокопороговых двигательных единиц на фоне терморегуляционные тонуса. При дрожании вся энергия направлена лишь на увеличение теплообразования, в то время как при обычных локомоциях часть энергии расходуется на перемещение соответствующей конечности, а часть - на термогенез. При дрожании теплопродукция повышается в 2-3 раза. Дрожь начинается часто с мышц шеи, лица. Это объясняется тем, что прежде всего должен повыситься температура крови, которая течет к головному мозгу. 3. Произвольные сокращения заключаются в сознательном повышении сокращения мышц. Это наблюдается в условиях низкой внешней температуры, когда первых двух этапов не достаточно. При произвольных сокращениях теплопродукция может увеличиться в 10-20 раз. Регуляция теплопродукции в мышцах довьязана с влиянием а-мотонейронов на функцию и метаболизм / мышц, в других тканях - симпатической нервной системы и катехоламинов (повышают интенсивность метаболизма на 50%) и действием гормонов, особенно тироксина, который повышает теплопродукции почти вдвое. Значительная роль в термогенез липидов, которые выделяют при гидролизе значительно больше энергии (9,3 ккал / г), чем углеводы (4,1 ккал / г). Особое значение, в частности у детей, имеет бурый жир. Процессы теплоотдачи происходит следующими путями - радиация, конвекция, испарения и теплопроводность. Радиация происходит с помощью инфракрасного длинноволнового излучения. Для этого нужен градиент температур между теплой кожей и холодными стенами и другими предметами окружающей среды. Таким образом, величина радиации зависит от температуры и поверхности кожи. Теплопроводность осуществляется при непосредственном контакте тела с предметами (стул, кровать и т.д.). При этом скорость передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому предмету определяется температурным градиентом и их термопровиднистю. Отдача тепла этим путем значительно (в 14 раз) увеличивается при нахождении человека в воде. Частично путем проведения тепло передается от внутренних органов к поверхности тела. Но этот процесс тормозится вследствие низкой теплопроводности жира. Конвекционный путь. Воздух, контактирующего с поверхностью тела, при наличии градиента температур нагревается. При этом оно становится более легким и, поднимаясь от тела, освобождает место для новых порций воздуха. Таким образом оно забирает часть тепла. Интенсивность естественной конвекции может быть увеличена за счет дополнительного движения воздуха, уменьшение препятствий при поступлении его к телу (соответствующим одеждой). Испарение пота. При комнатной температуре в раздетой человека около 20% тепла отдается за счет испарения. Теплопроводность, конвекция и излучение являются пассивными путями теплоотдачи, основанные на законах физики. Они эффективны только при сохранении положительного температурного градиента. Чем меньше разница температуры между телом и окружающей средой, тем меньше тепла отдается. При одинаковых показателях или при высокой температуре окружающей среды упомянутые пути не только не эффективны, но при этом происходит нагрев тела. В этих условиях в организме срабатывает только один механизм отдачи тепла, связанный с процессами потоотделение и потовипаровування. Здесь используются как физические закономерности (затраты энергии на процесс испарения), так и биологические (потоотделения). Охлаждению кожи способствует то, что для испарения 1 мл пота расходуется 0,58 ккал. Если не происходит испарение пота, то эффективность теплоотдачи резко снижается. М Скорость испарения щоту зависит от градиента температуры и насыщения водяным паром окружающего воздуха. Чем выше влажность, тем менее эффективным становится этот путь теплоотдачи. Резко уменьшается результативность теплоотдачи при нахождении в воде или в плотном одежде. При этом организм вынужден компенсировать отсутствие потовипаровування за счет увеличения потоотделения. Испарение имеет два механизма: а) перспирация - без участия потовых желез б) испарение - при активном участии потовых желез. Перспирация - испарение воды с поверхности легких, слизистых оболочек, кожи, которая всегда влажная. Это испарение не регулируется, оно зависит от градиента температур и влажности окружающего воздуха, его величина составляет около 600 мл / сут. Чем выше влажность, тем менее эффективен этот вид теплоотдачи. Механизм секреции пота. Потовая железа состоит из двух частей: собственно железы, которая расположена в субдермальному слое, и выводных протоков, открывающихся на поверхности кожи. В железе образуется первичный секрет, а в протоках благодаря реабсорбции формируется вторичный секрет - пот. Первичный секрет подобный плазмы крови. Разница заключается в том, что в этом секрете нет белков и глюкозы, меньше Na +. Так, в первоначальном поте концентрация натрия составляет около 144 нмоль / л, хлора - 104 нмоль / л. Эти ионы активно абсорбируются при прохождении пота по выводных протоках, обеспечивающий абсорбцию воды. Процесс абсорбции во многом зависит от скорости образования и продвижения пота что эти процессы активны, тем больше Na + и Сl-остается. При сильном потоотделении в поту может оставаться до половины концентрации этих ионов. Сильное потоутворення сопровождается увеличением концентрации мочевины (до 4 раз выше, чем в плазме) и калия (до 1,2 раза больше, чем в плазме). Суммарная высокая концентрация ионов, образуя высокий уровень осмотического давления, обеспечивает снижение реабсорбции и выделение с потом большого количества воды. При сильном потоотделении может тратиться много NaCl (до 15-ЗО г / сут). Однако в организме действуют механизмы, обеспечивающие сохранение этих важных ионов при большом потоотделении. Они участвуют в процессах адаптации, в частности, альдостерон усиливает реабсорбцию Na +. Функции потовых желез регулируются особыми механизмами. На их активность влияет симпатическая нервная система, но медиатором здесь ацетилхолин. Секреторные клетки, кроме М-холинорецепторов, имеют также адренорецепторы, которые реагируют на катехоламины кровГ. Активизация функции потовых желез сопровождается увеличением ее кровоснабжения. Количество выделяемого пота может достигать 1,5 л / ч, а в адаптированных людей - до 3 л / час. При комнатной температуре в раздетой человека около 60% тепла отдается за счет радиации, около 12-15% - конвекции воздуха, около 20% - испарение, 2-5% - теплопроводности. Но это соотношение зависит от ряда условий, в частности от температуры внешней среды. Главную роль в регуляции процессов теплоотдачи играют изменения кровоснабжение кожи. Сужение сосудов кожи, открытию артериовенозных анастомозов способствует меньшему притоку тепла от ядра к оболочке и сохранению его в организме. Напротив, при расширении сосудов кожи ее температура может повышаться на 7-8 ° С. При этом увеличивается и теплоотдача. Условно кожу можно назвать радиаторной системой организма. Кровоток в коже может меняться от 0 до ЗО% МОК. Тонус сосудов кожи контролируется симпатической нервной системой.
Таким образом, температура тела - баланс между процессами теплопродукции и теплоотдачи. Когда теплопродукция преобладает над теплоотдачей, температура тела повышается и, наоборот, если теплоотдача выше, чем теплопродукция, температура организма снижается.
Лихорадкой называют повышение температуры тела в результате изменения деятельности центров терморегуляции под влиянием пирогенных веществ. Пирогенные - означает "жарнесущие", от слова pyretos - жар (греч.) или pyros - огонь.
Лихорадка обусловлена смещением постоянной для человека установочной точки температурного гомеостаза (в норме 36,5-37°С) на более высокий уровень при сохранении механизмов терморегуляции.
Постоянная температура у теплокровных поддерживается только внутри организма, в "ядре тела". Температура "оболочки тела" (кожи, скелетных мышц) может колебаться в широких пределах в зависимости от температуры среды. Поэтому показателем повышения температуры тела служит температура ядра тела, которая практически измеряется в подмышечной области, в ротовой полости или в прямой кишке.
Термин "лихорадка" (febris) имеет двоякое значение: fervor - жар и februa - средство очищаться. Гален характеризовал лихорадку как "противоестественный жар" (calor praeter naturam). В древней медицине лихорадками называли разнообразные болезни, сопровождающиеся разогреванием тела. В дальнейшем представление о лихорадке как болезни постепенно утратилось. Лихорадку стали рассматривать как один из постоянных симптомов при различных заболеваниях, прежде всего инфекционных.
Однако не каждое повышение температуры тела следует относить к истинной лихорадке. Например, подъем температуры отмечается во время интенсивной мышечной работы, при эмоциональных реакциях или в условиях, способствующих перегреванию.
По причинам возникновения различают 2 основные группы лихорадок: 1) инфекционные и 2) неинфекционные.
Инфекционные лихорадки вызывают бактерии, вирусы, простейшие, грибки.
Неинфекционные лихорадки встречаются реже. Они возникают под влиянием экзогенных и эндогенных факторов, вызывающих повреждение тканей и асептическое воспаление. Общепринятой классификации неинфекционных лихорадок не имеется. К ним относят лихорадки в случае ожогов, травм, инфарктов, внутренних кровоизлияний, аллергической альтерации тканей и др.
Неинфекционной лихорадкой иногда считают повышение температуры при гормональных расстройствах, при эмоциональном стрессе, истерии, при введении некоторых фармакологических препаратов. Патогенез их различен и не всегда связан с действием пирогенных веществ.
ПИРОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА.
В механизме развития лихорадки ведущая роль принадлежит пирогенным (жарнесущим) веществам, которые делят на две группы:
Экзогенными пирогенами называют пирогенные вещества, выделяемые микроорганизмами в процессе своей жизнедеятельности или освобождающиеся при их распаде. Пирогенной активностью обладают почти все патогенные бактерии, многие вирусы и грибки.
Пирогенные свойства бактериальных клеток практически не зависят от их патогенности или токсичности.
Путем специальной химической обработки из клеточных мембран различных бактерий были выделены высокоочищенные пирогены, которые применяются в экспериментах и в клинике (пирогенал, пиромен и др.). По химическому составу они представляют собой свободные от белка полисахариды или липополисахариды, содержащие липоид А (см. табл. 18).
Препараты бактериальных пирогенов активны для человека и собаки в дозах около 1 мкг на 1 кг массы при внутривенном или внутримышечном введении. Тестирование пирогенов проводится на кроликах, которые обладают большей чувствительностью. Лихорадка у кролика возникает через 30-60 мин после парентерального введения пирогена; подъем температуры держится в течение 4-5 ч. Повторное введение препарата оказывается эффективным только при применении больших доз - возникает толерантность.
Очищенные пирогены (липополисахариды) термостабильны, не токсичны, их антигенные свойства слабо выражены. Токсическое их действие проявляется лишь при введении доз, в сотни тысяч раз превышающих минимальную пирогенную. Полагают, что пирогенные и токсические свойства липополисахаридов обусловлены различными химическими группировками.
Эндогенные пирогенные вещества (лейкоцитарный пироген). Клетки и ткани теплокровных животных не содержат готовых пирогенных факторов. Однако эндогенные пирогены образуются при патологических условиях - при инфекционных заболеваниях и различных асептических повреждениях тканей. Источниками эндопирогенов являются, по-видимому, немногие клетки: нейтрофильные лейкоциты, моноциты и другие подвижные и фиксированные макрофаги. Наиболее изучен к настоящему времени лейкоцитарный пироген (ЛП), продуцируемый активированными нейтрофильными лейкоцитами. Нейтрофилы и макрофаги активируются в очаге воспаления при пиноцитозе бактериальных липополисахаридов и при фагоцитозе самих бактерий, их частиц, вирусов, погибающих эмигрированных лейкоцитов, продуктов тканевого распада и других фагоцитируемых агентов.
Показано, что продукция лейкоцитарного пирогена осуществляется только жизнеспособными клетками и связана преимущественно с анаэробным гликолизом. Полученный из лейкоцитов перитонеального экссудата кролика нативный препарат ЛП представляет собой сложный белковый комплекс. Собственно пирогенная фракция ЛП низкомолекулярна и составляет лишь незначительную часть его общей массы. В чистом виде пирогенный белок не выделен. Особенностью препаратов ЛП является их термолабильность, отсутствие видовой пирогенной специфичности, отсутствие к ним толерантности при повторных введениях, более быстрое по сравнению с экзопирогенами действие.
Таким образом, при инфекционных заболеваниях лихорадочная реакция запускается и поддерживается взаимодействием бактериальных и эндогенных пирогенов.
Диагностические значения типа лихорадочных кривых. Симптоматика лихорадочных состояний.
Лихорадка в своем развитии проходит три стадии:
стадия подъема температуры (stadium incrementum);
стадия стояния температуры на более высоком уровне, чем в норме (stadium fastigium);
стадия снижения температуры (stadium decrementum).
Теплообмен между организмом и средой в каждой стадии развития лихорадки имеет типичные особенности. Абсолютные размеры теплопродукции и теплоотдачи во внешнюю среду не только в разных стадиях лихорадки, но и при различных заболеваниях могут существенно отличаться. На рис. 21 представлены схемы основных вариантов изменений теплопродукции и теплоотдачи по стадиям лихорадки.
Стадия подъема температуры. Лихорадка может начаться сразу быстрым подъемом температуры до высоких цифр за несколько часов (крупозная пневмония, грипп). При других болезнях (брюшной тиф, корь) температура нарастает постепенно в течение ряда дней.
В первой стадии лихорадки теплопродукция повышается и преобладает над теплоотдачей, которая в этой стадии всегда ограничена по отношению к уровню теплопродукции (это и приводит к увеличенному содержанию тепла в организме). Отдача тепла уменьшается вследствие сужения периферических сосудов и торможения потоотделения. Теплопродукция растет за счет усиления окислительных процессов в скелетных мышцах, в печени и внутренних органах ("несократительный термогенез"). Увеличение теплопроизводства в мышцах связано с повышением их тонуса (так называемый "сократительный термогенез"). В ряде случаев при быстром подъеме температуры повышение тонуса мышц переходит в типично выраженную мышечную дрожь.
Мышечная дрожь. Механизм возникновения мышечной дрожи рефлекторный. Спазм периферических сосудов и уменьшение циркуляции крови в коже способствует падению температуры кожи, хотя температура крови продолжает нарастать . Кожа становится более холодной, бледной, слегка цианотичной, так как замедляется кровоток в суженных капиллярах. При снижении температуры кожи возбуждаются холодовые рецепторы и импульсы поступают в гипоталамус. Из гипоталамуса импульсы следуют через ретикулярную формацию и далее по двигательным нервам к мышцам. Непроизвольные сокращения мышечных волокон появляются в мышцах спины, верхних конечностей, иногда во всей скелетной мускулатуре. При этом сокращающиеся мышцы не производят полезной работы и значительная часть энергии превращается в тепло. Мышечная дрожь сопровождается ощущением холода, ознобом. Чем больше разница между температурой кожи и крови, тем сильнее озноб. После прекращения озноба температура кожи повышается. Если лихорадка начинается с постепенным подъемом температуры тела, озноб может отсутствовать.
У животных во время лихорадки взъерошивается шерсть в результате сокращения гладких мышц волосяных мешочков (mm. errectores pilorum). При взъерошивании шерсти увеличивается теплоизолирующий воздушный слой, что ограничивает теплоотдачу. У человека сохранился рудимент этой реакции в виде появления "гусиной кожи"; самостоятельного значения эта реакция не имеет.
Стадия стояния температуры на высоком уровне. Вторая стадия лихорадки характеризуется тем, что при повышенной теплопродукции включается теплоотдача в такой степени, что эти два процесса уравновешиваются и дальнейший подъем температуры прекращается.
Включение теплоотдачи связано с расширением периферических сосудов за счет возбуждения высших центров парасимпатической системы в гипоталамусе. С расширением сосудов бледность кожных покровов сменяется их гиперемией, температура кожи нарастает, явление озноба проходит и сменяется ощущением теплового комфорта, а при высокой лихорадке и жара.
Повышенная температура поддерживается благодаря тому, что терморегуляция осуществляется на новом уровне установочной точки температурного гомеостаза при большем содержании тепла в теле.
Стадия снижения температуры. Третья стадия лихорадки, стадия спада температуры, характеризуется преобладанием теплоотдачи над теплопродукцией. Падение температуры обусловлено усилением механизмов теплоотдачи. Доминирующая роль принадлежит потоотделению, отдаче тепла испарением. Теплопродукция вначале может оставаться такой же, как на высоте лихорадки, а при быстром спаде температуры (например, малярийном приступе) в порядке компенсации даже возрастать.
Падение температуры в третьей стадии лихорадки может происходить постепенно (литическое падение температуры) или очень быстро в течение нескольких часов (критическое падение). Критическое падение температуры представляет опасность, так как может наступить острая сосудистая недостаточность кровообращения (коллапс) вследствие резкого падения тонуса сосудов.
Механизмы повышения температуры тела при лихорадке
Примерно до середины прошлого века существовал взгляд, что лихорадочное повышение температуры целиком обусловлено избыточным образованием тепла в связи с усилением обменных окислительных процессов и повышением потребления кислорода. Однако калориметрические исследования, проведенные А. А. Лихачевым и П. П. Авроровым (1902) на лихорадящих людях, показали, что повышение общего уровня обмена и теплопроизводства при лихорадке не так значительны и постоянны, чтобы обеспечить имевшийся подъем температуры у больных. Было установлено, что газообмен при лихорадке увеличивается еще до подъема температуры, а также в период ее нарастания (во время озноба). Однако еще до максимального повышения температуры газообмен начинает падать и на высоте лихорадки может приближаться к норме (рис. 23).
За весь лихорадочный цикл прирост теплопродукции в большинстве случаев составляет 25-30% от исходного уровня, реже 50-60% (Либермейстер, 1887; Веселкин П. Н., 1963). Например, во время приступа малярии теплопроизводство увеличивается на 63%, а температура повышается до 40°С. Между тем даже при умеренной мышечной работе теплопродукция возрастает на 100-200%, а температура меняется незначительно (на десятые доли градуса) вследствие адекватного прироста теплоотдачи.
Следовательно, общим для лихорадки физиологическим механизмом разогревания тела является временная задержка тепла в организме за счет превалирования теплопродукции над теплоотдачей прежде всего из-за активного ограничения тепловых потерь. Современные экспериментальные исследования подтверждают представление о том, что в перестройке регулирования теплового обмена организма при лихорадке ведущее значение имеет изменение порогов возбудимости термочувствительной зоны гипоталамуса под влиянием пирогенных веществ. Лейкоцитарные пирогены повышают чувствительность гипоталамических центров терморегуляции к холодовым стимулам и понижают их чувствительность к тепловым воздействиям. Такая функциональная перестройка термочувствительных нейронов обусловливает подъем температуры в первую стадию (схема 9).
Во второй стадии лихорадки пороги холодовой и тепловой чувствительности центров приближаются к норме, что и делает возможным регулирование теплообмена уже на новом высоком уровне. В основе спада температуры в третьей стадии лихорадки лежат противоположные по сравнению с первой стадией изменения чувствительности центров к холоду и теплу; к холоду она снижается, а к теплу возрастает, что связано с уменьшением содержания пирогенов.
Вопрос о том, какие нервные передатчики участвуют в перестройке терморегуляции при действии пирогенов на нейроны гипоталамуса, остается не вполне раскрытым. Были высказаны предположения, что в этом процессе участвуют серотонин (как медиатор тепловых импульсов), ацетилхолин (как медиатор холодовых импульсов), норадреналин (как медиатор вставочных нейронов). Определенная роль в механизме повышения температуры при лихорадке отводится простагландинам, синтез которых под действием пирогенов увеличивается.
Степень подъема температуры при лихорадке
По степени подъема температуры различают следующие виды лихорадок:
субфебрильную (повышение температуры в пределах до 38°С);
умеренную (повышение температуры от 38°С до 39°С);
высокую (39-41°С);
гиперпиретическую или чрезмерную (от 41°С и выше).
Степень повышения температуры при различных заболеваниях зависит от реактивности организма, пирогенной активности микробов, от интенсивности выработки эндогенных пирогенов, от функционального состояния центра терморегуляции, от сопутствующей интоксикации и других факторов.
Во время лихорадки температура редко доходит до 42°С. В случае превышения этой границы возникают глубокие расстройства функций центральной нервной системы, это угрожает жизни.
Инфекционные заболевания могут сопровождаться гиперпиретическим подъемом температуры вследствие нарушения терморегуляции или разобщающего действия микробных токсинов. В частности, стафилококковый токсин разобщает в тканях сопряженные процессы окисления и фосфорилирования. При этом значительная часть энергии поступающих в клетки веществ не аккумулируется в макроэргических соединениях (АТФ) и уходит на образование тепла. В организме накапливается избыток тепла и лихорадочная реакция может осложняться перегреванием. Повышенную токсическую теплопродукцию при лихорадочных заболеваниях следует рассматривать как осложнение в ходе развития болезни.
В ряде случаев температурная реакция при заболеваниях слабо выражена или отсутствует, что является, как и гиперпиретический подъем температуры, неблагоприятным признаком. Например, инфекционные заболевания у стариков (крупозная пневмония) и у истощенных часто протекают без лихорадки и в более тяжелой форме. Это связано со снижением общей резистентности организма, недостаточностью энергоресурсов, снижением обменных процессов и уменьшением синтеза пирогенов.
Типы температурных кривых при лихорадке
На высоте лихорадки повышенная температура держится в течение ряда дней, претерпевая суточные колебания, характер которых весьма разнообразен. Некоторые типы температурных кривых представлены на рис. 24. (У здорового человека колебания температуры тела за сутки происходят в пределах 0,5-0,7°С). Систематические измерение температуры и выведение температурной кривой издавна служили ценным диагностическим и прогностическим признаком при ряде инфекционных заболеваний (брюшной тиф, крупозная пневмония, возвратный тиф, малярия и др.). В настоящее время в связи с широким применением антибиотиков при инфекционных заболеваниях характер температурных кривых значительно отличается от наблюдающихся прежде "классических" типов кривых.
Отличие лихорадки от перегревания
Причины и механизмы повышения температуры при лихорадке и перегревании организма принципиально различны.
Сущность лихорадочной реакции заключается в том, что под влиянием пирогенных веществ постоянная для человека установочная температурная точка смещается на более высокий уровень при сохранении механизмов терморегуляции.
Причиной перегревания служит избыточное поступление тепла извне (экзогенное перегревание) или интенсивная патологическая теплопродукция в самом организме (эндогенное перегревание). Однако максимально функционирующие механизмы теплоотдачи не обеспечивают выведение избытка тепла. Терморегуляция нарушается, температура продолжает пассивно нарастать и может наступить тепловой удар.
Человек при лихорадке переносит высокую температуру значительно легче и дольше, чем при перегреваниях. Например, у больных легочным туберкулезом, бруцеллезом температура 39° и выше может держаться неделями. В условиях перегревания человек с такой же температурой может жить только несколько часов, так как в патогенезе перегревания, помимо повышения температуры, большую роль играют сравнительно рано возникающие нарушения водно-солевого обмена (обезвоживание), расстройства циркуляции крови, гипоксия и другие нарушения функций, отсутствующие при лихорадке.