Вопрос 3. Физическая терморегуляция.

Механизмы теплоотдачи организма. Отдача тепла от поверхности тела происходит за счет четырех физических процессов:

1. излучения,

2. испарения,

3. конвекции

4. теплопроведения (кондукции).

При обычных комнатных условиях до 60% тепла отводится за счет излучения, по 20% — за счет испарения и конвекции и незначительное количество — за счет теплопроведения.

Излучение тепла идет с помощью инфракрасных лучей, оно усиливается при наличии на относительно близком расстоянии холодных предметов с большой поверхностью.

Испарение, обеспечивающее в обычных условиях отведение около 20% тепла, становится единственно возможным способом теплоотдачи, когда температура окружающей среды больше температуры тела. В последнем случае для отведения всего тепла необходимо испарение около 4,5 л воды. При испарении 1 г воды организм отдает 0,58 ккал (2,4 кДж). В обычных условиях за сутки с поверхности тела и слизистых оболочек дыхательных путей испаряется 700—1000 мл воды. На поверхность тела вода доставляется благодаря потоотделению.

Теплоотдача конвекцией идет при наличии перемещения воздуха или жидкости, соприкасающихся с поверхностью тела. Даже при полной неподвижности атмосферного воздуха в его пограничном с кожей слое возникают конвекционные потоки за счет того, что нагретый телом воздух смещается вверх, а на его место поступает более холодный воздух. Скорость теплоотдачи конвекцией резко возрастает при наличии ветра.

Теплоотдача теплопроведением осуществляется при непосредственном контакте неподвижных предметов с поверхностью тела. Теплопроводность воздушного слоя под одеждой и слоя одежды очень низкая, и таким путем отдается незначительное количество тепла. Значение теплоотдачи теплопроведением возрастает при нахождении человека в воде, имеющей большую теплоемкость.

Вопрос 4. Механизмы регуляции температуры тела.

Функциональная система регуляции температурного гомеостаза. Оптимальный уровень температуры тела поддерживается функциональной системой терморегуляции. Эта система включает

1. рецепторы, следящие за величиной температуры структур организма и окружающей среды,

2. афферентные и эфферентные нейроны, а также

3. нервные центры, регулирующие температурный гомеостаз, и органы-эффекторы, осуществляющие теплопродукцию и теплоотдачу

Регулируемым параметром в системе терморегуляции является температура внутренней среды и нервных центров организма. При этом особенно устойчивой сохраняется температура крови крупных сосудов, сердца, печени спинного и головного мозга (особенно гипоталамуса). Именно в этих структурах сосредоточено наибольшее количество терморецепторов.

Терморецепторы образованы свободными окончаниями безмиелиновых и миелиновых волокон.

Терморецепторы подразделяют на

1. периферические, расположенные в коже, скелетных мышцах и внутренних органах (сосудах, сердце, желуд­ке, почках, дыхательных путях), и

2. центральные, расположенные в гипоталамусе, спинном и среднем мозге, ретикулярной формации и коре мозга.

В центральной нервной системе роль рецепторов выполняют нейроны, имеющие высокую чувствительность к изменениям температуры.

Особенно хорошо изучены кожные терморецепторы. Их больше все­го на коже головы и шеи. В среднем на 1 мм приходится 1 рецептор. При температуре комфорта лишь часть терморецепторов проявляет актив­ность. Их подразделяют на холодовые и тепловые.

Холодовые рецепторы залегают на глубине около 0,2 мм от поверх -I ности кожи. Их больше, чем тепловых. Самые активные из них начинают генерировать импульсы уже при температуре кожи 40—35 °С, частота импульсов нарастает по мере снижения температуры кожи.

Тепловые рецепторы кожи залегают на глубине 0,3 мм. Частота им­пульсов линейно нарастает при возрастании температуры кожи от 20 до 50 °С. Кожные терморецепторы позволяют отслеживать изменения тем­пературы окружающей среды и обеспечивают терморегуляцию по возму­щению. Импульсы от терморецепторов кожи по афферентным волокнам передаются в спинной мозг. Там переключаются на вторые афферентные нейроны, доставляющие импульсы в таламус, после переключения в ко тором информация поступает в соматосенсорную область коры, лимбические структуры и гипоталамус.

Центры терморегуляции. Представляют собой совокупность нейронных групп, регулирующих температуру и теплосодержание тела. Важнейшим отделом центров терморегуляции являются нейронные группы гипоталамуса. Если повреждены отделы мозга, расположенные выше гипоталамуса, то гомойотермия организма сохраняется. При повреждении отделов мозга, расположенных ниже гипоталамуса, поддержание постоянства температуры тела становится невозможным.

Гипоталамические ядра, регулирующие теплопродукцию, расположены в заднем отделе гипоталамуса. Их активация импульсами от холодовых рецепторов сопровождается увеличением теплопродукции. Появляется

• мышечная дрожь,

• активируется окисление жиров и углеводов,

• увеличивается температура тела.

Нейроны некоторых из этих ядер имеют высокую чувствительность к изменениям температуры: реагируют на изменение в сотые доли градуса. Такие нейроны имеются, в частности, в гипоталамическом ядре, регулирующем мышечную дрожь. Даже при минимальном охлаждении этого ядра оно через связи с моторными центрами продолговатого и спинного мозга вызывает появление мышечной дрожи.

При повреждениях заднего гипоталамуса у животных они становятся неустойчивыми к переохлаждению, так как не происходит возрастания теплопродукции. Если же поврежден передний гипоталамус, то организм легко перегревается из-за нарушения регуляции теплоотдачи.

Центры регуляции теплоотдачи локализованы в ядрах переднего и медиального гипоталамуса. При раздражении ядер преоптической области (паравентрикулярного и супраоптического) происходит расширение сосудов кожи, увеличивается потоотделение, учащается дыхание. Все эти реакции приводят к возрастанию теплоотдачи организма.

Одной из важнейших функций терморегуляторных центров гипоталамуса является формирование установочной точки температурного гомеостаза.

Установочной точкой в кибернетике называют тот уровень регулируемого параметра, на удержание которого направлено функционирование системы.

Установочной точкой температурного гомеостаза является уровень температуры сердцевины тела, на поддержание которого направлено функционирование системы терморегуляции. В обычных условиях установочная точка терморегуляции организма находится в пределах 35,5—37 °С, изменяясь на 1 — 1,5 °С в зависимости от времени суток. Однако при изменении содержания в крови и межклеточной жидкости гипоталамуса ряда нейромедиаторов или появлении веществ-пирогенов установочная точка терморегуляции может значи­тельно изменяться.

2. Терморегуляторные центры коры и лимбической системы обеспечивают возникновение теплоощущения (тепло, холод, температурный комфорт или дискомфорт). Благодаря этим центрам также формируются поведенческие реакции, направленные на устранение возможности нарушения температурного гомеостаза и устранение возникшего перегревания или охлаждения.

3. Спинной мозг участвует в механизмах терморегуляции, обеспечивая передачу импульсов к скелетным мышцам и активацию нейронов вегетативной нервной системы. В частности, увеличение теплопродукции запускается в значительной степени за счет активации симпатических нейронов.