1.1.2. Физическая терморегуляция

Терморегуляция, направленная на уменьшение или увеличение теплоотдачи в окружающую среду, называется физической терморегуляцией.

Физическая терморегуляция осуществляется путём изменений отдачи тепла организмом за счёт расширения или сужения кровеносных сосудов в коже.

Температура кожи, а следовательно, интенсивность теплоизлучения и теплопроведения могут изменяться в результате перераспределения крови в сосудах и при изменении объёма циркулирующей крови.

На холоде кровеносные сосуды кожи, главным образом артериолы, сужаются: большое количество крови поступает в сосуды брюшной полости, и тем самым ограничивается теплоотдача. Поверхностные слои кожи, получая меньше тёплой крови, излучают меньше тепла – теплоотдача уменьшается. При сильном охлаждении кожи, кроме того, происходит открытие артериовенозных анастомозов, что уменьшает количество крови, поступающей в капилляры, и тем самым препятствует теплоотдаче [1].

Перераспределение крови, происходящее на холоде, уменьшение количества крови, циркулирующей через поверхностные сосуды, и увеличение количества крови, проходящей через сосуды внутренних органов, способствует сохранению тепла во внутренних органах. Эти факты служат основанием для утверждения, что регулируемым параметром является именно температура внутренних органов, которая поддерживается на постоянном уровне.

При повышении температуры окружающей среды сосуды кожи расширяются, количество циркулирующей в них крови увеличивается. Возрастает также объём циркулирующей крови во всём организме вследствие перехода воды из тканей в сосуды, а также потому, что селезёнка и другие кровяные депо выбрасывают в общий кровоток дополнительное количество крови.

К проявлениям физической терморегуляции следует отнести также изменение положения тела. Когда кошке или собаке холодно, они сворачиваются в клубок, уменьшая тем самым поверхность теплоотдачи; когда жарко, животные, наоборот, принимают положение, при котором поверхность теплоотдачи максимально возрастает. Этого способа физической теплорегуляции не лишен и человек, сворачивающийся в клубок во время сна в холодном помещении.

В наибольшей степени физическая терморегуляция проявляется в области кистей и стоп (теплоотдача может резко снизиться), в наименьшей – в области головы. Это необходимо учитывать при создании и оценке средств защиты (одежды, обуви, рукавиц и головных уборов) от охлаждения.

Таким образом, постоянство температуры тела поддерживается путём совместного действия, с одной стороны – механизмов, регулирующих интенсивность обмена веществ и зависящее от него теплообразование (химическая регуляция тепла), а с другой – механизмов, регулирующих теплоотдачу (физическая регуляция тепла).

1.2. Тепловой баланс

Для сохранения постоянной температуры тела все системы должны находиться в термостабильном состоянии. Для обозначения равенства между теплообразованием в организме и теплоотдачей принят термин тепловой баланс.

Тепловой баланс достигается координацией процессов, направленных на образование тепла в организме (теплопродукция) и его выведение (теплоотдача). Он осуществляется механизмами химической и физической терморегуляции, а также приспособительными действиями, направленными на создание оптимального микроклимата путём использования одежды и жилища.

Для организма человека в условиях, когда температура окружающей среды ниже средней температуры поверхности его тела 309,5 К (33,5 ºС), тепловой баланс в общем виде описывается следующим уравнением:

Q_т.п+Q_т.н=Q_рад+Q_конв+Q_конд+Q_исп.д+Q_{исп.дых}+Q_исп.п+Q_дых.н ± Q_т.с,

где Q_т.п – теплопродукция человека;

Q_т.н – внешняя тепловая нагрузка;

Q_рад – потери тепла радиацией;

Q_конв – потери тепла конвекцией;

Q_конд – потери тепла;

Q_исп.д – потери тепла испарением диффузионной влаги с поверхности кожи;

Q_{исп.дых} – потери тепла испарением влаги с верхних дыхательных путей;

Q_исп.п – потери тепла испарением выделяемого пота;

Q_дых.н – потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха;

Q_т.с – изменение теплосодержания организма относительно его комфортного уровня (дефицит или накопление тепла в организме).

Все слагаемые уравнения теплового баланса отнесены к единице времени (τ) и выражены в ваттах.

Обе части равенства, характеризующие тепловой баланс (теплообразование и теплоотдача), являются переменными, зависящими как от физиологических, так и от физических параметров.

При изменении теплофизических условий окружающей среды, а также при различном характере жизнедеятельности человеческого организма, изменяются и отдельные составляющие расходной части теплового баланса (такие, как Q_конв, Q_рад, Q_исп, Q_дых), а следовательно, за счёт срабатывания системы терморегуляции организма соответствующим образом изменяется и теплопродукция организма.

Однако возможности этой системы, особенно в условиях, когда температура окружающей среды значительно ниже нормальной температуры тела человека, далеко не безграничны. В какой-то момент система терморегуляции перестаёт справляться со своими функциями, и для человеческого организма наступают дискомфортные условия, которые в итоге могут принять угрожающий характер для самого существования человека.