3.2. Терморегуляция

Теплообразование. Высвобождающаяся в организме при биоло­гическом окислении энергия питательных веществ превращается в тепло. При увеличении температуры возрастает скорость биологиче­ского окисления, а чем интенсивнее обменные процессы, тем сильнее теплообразование в организме. Вместе с тем нет ни прироста темпера­туры тела, ни ускорения обмена. Это связано с тем, что прирост тем­пературы тела над температурой окружающей среды сопровождается увеличением отдачи тепла и, следовательно, ограничением влияния температуры на обменные процессы. Терморегуляция, т.е. поддер­жание постоянной температуры глубоких тканей тела, определяется двумя основными процессами: продукцией тепла и теплоотдачей.

Теплообразование в организме связано с образованием тепла в ходе постоянно протекающих во всех тканях и органах реакций обмена веществ и при совершении определенной мышечной работы. В раз­личных органах и тканях метаболические процессы осуществляются с неодинаковой интенсивностью, и поэтому вклад в общую теплопро­дукцию организма отдельных органов и тканей неравнозначен. Наи­большее количество тепла образуется в мышцах при их тоническом напряжении и сокращении.

Продукция тепла (термогенез) зависит, в первую очередь, от интен­сивности обменных процессов, тогда как теплоотдача определяется теплоизоляцией и целым комплексом довольно сложно организованных физиологических механизмов, включающих сосудодвигательные реак­ции, активность внешнего дыхания и потоотделения. В связи с этим термогенез относят к механизмам химической терморегуляции, а спо­собы изменения теплоотдачи — к механизмам физической терморе­гуляции. С возрастом меняются как те, так и другие механизмы, а также их значимость в поддержании стабильной температуры тела.

Теплоотдача. Теплоотдача в организме осуществляется за счет следующих процессов: излучения, теплопроведения, конвекции и испарения.

Излучение — способ отдачи тепла в окружающую среду поверхно­стью тела человека (в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона). При этом количество излучаемого тепла пропорциональ­но площади поверхности излучения (поверхность открытых частей тела) и разности средних значений температур кожи и окружающей среды.

Теплопроведение — способ отдачи тепла при соприкосновении тела человека или его частей с другими физическими телами. При этом способе количество отдаваемого тепла пропорционально разнице средних температур контактирующих поверхностей, времени контак­та и теплопроводности контактирующего тела.

Конвекция — способ теплоотдачи организма, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Для отдачи тепла этим способом требуется обтекание поверхности тела потоком воздуха (воды) с более низкой температурой, чем температу­ра кожи. Количество отдаваемого конвекцией тепла увеличивается при увеличении скорости движения воздушных потоков (ветер, вен­тиляция).

Испарение — теплоотдача за счет затрат тепла на испарение пота или влаги с поверхности кожи и слизистых поверхностей дыхательных путей. Потовые железы кожи человека постоянно выделяют пот, увлажняются слизистые дыхательные пути. Потоотделение усилива­ется при повышении внешней температуры, выполнении физической работы, длительном пребывании в теплоизолирующей одежде.

Если внешняя температура превышает среднее значение темпера­туры кожи, то организм не может отдавать во внешнюю среду тепло излучением, конвекцией и теплопроведением. В этих условиях орга­низм начинает поглощать тепло извне и единственным способом рассеивания тепла становится усиление испарения влаги с поверхно­сти тела, что возможно в том случае, если влажность воздуха меньше 100 %. При интенсивном потоотделении, когда пот не успевает испа­ряться с поверхности тела, теплоотдача путем испарения становится менее интенсивной.

Отдача тепла органами и тканями и предупреждение их перегрева­ния осуществляются за счет крови. Благодаря высокой теплопровод­ности, кровь переносит к тканям с низким уровнем теплообразования тепло, что способствует выравниванию температуры в разных частях тела. Таким же образом за счет усиления или ослабления кровотока, направленного к поверхностным тканям, поверхность тела согрева­ется или охлаждается. В связи с тем что тепло поступает в окружающую среду главным образом через кожу, температура поверхностных тканей («оболочки»), как правило, ниже температуры более глубоких тканей («ядра»).

Температура поверхности тела, с одной стороны, зависит от ин­тенсивности переноса к ней тепла кровью из глубоких частей тела, а с другой — от охлаждающего или согревающего действия температуры внешней среды. Температура глубоких тканей распределена более равномерно и составляет около 36,7 — 37,0 °С. В условиях относитель­ного покоя ее суточные колебания находятся в пределах 1 "С. Тем­пература окружающей среды 25—26 "С комфортна, так как в таких условиях сохраняется относительное постоянство температуры в большей массе глубоких тканей человека. При низкой температуре внешней среды в глубоких тканях поддерживается относительно по­стоянная температура, в поверхностных же тканях температура умень­шается, а при высокой температуре — увеличивается (рис. 13).

Под терморегуляцией понимают совокупность физиологических процессов, деятельность которых направлена на поддержание отно­сительного постоянства температуры тела. У человека на относитель­но постоянном уровне поддерживается температура «ядра» тела, что достигается за счет баланса между количеством продуцируемого в единицу времени тепла и количеством тепла, рассеиваемого организ­мом за то же время в окружающую среду. Существуют специальные рецепторные клетки (терморецепторы), характеризующиеся особо высокой чувствительностью к температурным воздействиям (см. подразд. 6.5).Терморецепторы имеются в коже, мышцах, сосудах, внут­ренних органах, дыхательных путях, в спинном мозге и других

Рис. 13. Распределение температуры в различных областях тела в условиях холода (А) и тепла (Б). Черным цве­том обозначены глубокие ткани тела

отделах нервной системы. На поверхности тела преобладают холодочувствительные терморецепторы, а в гипо­таламусе —теплочувствительные. Афферентный поток импульсов от периферических терморецеп­торов поступает к задним кореш­кам спинного мозга и далее по восходящим путям поток импуль­сов направляется в соматосенсорную кору больших полушарий.

Теплообмен и температура тела регулируются главным образом центром терморегуляции, расположенным в гипоталамусе, чувстви­тельные нервные клетки которого непосредственно «измеряют» тем­пературу артериальной крови, протекающей через мозг. Посредством центра терморегуляции устанавливается равновесие между теплопро­дукцией и теплоотдачей, позволяющее поддерживать температуру тела в определенных пределах.

Возрастное развитие механизмов терморегуляции. В соответ­ствии с законами физики по мере увеличения массы и абсолютных размеров тела вклад химической терморегуляции снижается. Так, у новорожденных детей величина теплопродукции примерно в 3 раза выше, чем у взрослого человека. У новорожденных существует меха­низм ускоренного теплообразования за счет возрастания общей ме­таболической активности в других тканях, кроме мышечной, и прежде всего в результате высокой скорости окисления жирных кислот буро­го жира.

При понижении температуры среды новорожденный может увели­чить теплопродукцию почти до тех же величин, что и взрослый чело­век, однако ввиду малой теплоизоляции диапазон химической термо­регуляции у него очень небольшой — не более 5 °С. Критическая температура, при которой включаются процессы теплопродукции для доношенного ребенка, составляет 33 °С, а у взрослого она снижается ДО 27—23 °С. Однако в одежде величина критической температуры снижается до 20 °С, поэтому ребенок в обычной для него одежде при комнатной температуре находится в термонейтральной среде, т. е. в условиях, не требующих дополнительных затрат на поддержание тем­пературы тела.

Только при процедуре переодевания для предотвращения охлаж­дения ребенок первых месяцев жизни должен включать достаточно мощные механизмы теплопродукции. Причем у детей этого возраста есть особые, специфические, отсутствующие у взрослых механизмы теплопродукции. Взрослый человек в ответ на охлаждение начинает дрожать, включая так называемый «сократительный» термогенез, т. е. дополнительную теплопродукцию в скелетных мышцах (холодовая дрожь). Особенности конструкции тела ребенка делают такой меха­низм теплопродукции неэффективным, и поэтому у детей активизи­руются другие механизмы, связанные с работой внутренних органов (прежде всего печени), а также специальная бурая жировая ткань, насыщенная митохондриями и обладающая высокими энергетиче­скими возможностями. Активацию теплопродукции бурого жира у здорового ребенка можно заметить по повышению кожной темпера­туры в тех частях тела, где бурый жир расположен поверхностно, — в межлопаточной области и шее. По изменению температуры в этих областях можно судить о состоянии механизмов терморегуляции ре­бенка, о степени его закаленности. Так называемый горячий затылок ребенка первых месяцев жизни связан именно с активностью бурого жира.

В течение первого года жизни активность химической терморегу­ляции снижается и заметно возрастает роль физической терморегуля­ции. С возрастом основная масса бурого жира исчезает, но еще до трехлетнего возраста сохраняется реакция самой крупной части буро­го жира — межлопаточной.

В обычных условиях у ребенка старше 3 лет активность этого вида теплопродукции ограничена, а главенствующую роль в повышении теплопродукции при активации химической терморегуляции начи­нает играть специфическая сократительная активность скелетных мышц — мышечный тонус и мышечная дрожь. Если такой ребенок оказывается в условиях обычной комнатной температуры (20 °С) в трусах и майке, у него в 80 случаях из 100 активируется теплопродук­ция.

Усиление ростовых процессов в 5 — 6 лет приводит к увеличению длины и площади поверхности конечностей, что, в свою очередь, зна­чительно изменяет терморегуляторную функцию (особенно отчетливо у девочек). Теплоизоляция тела возрастает, а активность химической терморегуляции существенно снижается, что более экономично и преобладает в ходе дальнейшего возрастного развития. Этот период развития терморегуляции наиболее чувствителен для закаливающих процедур.

С началом полового созревания наступает расстройство склады­вавшейся функциональной системы терморегуляции. У11 — 12-летних девочек и 13-летних мальчиков, несмотря на продолжающееся сниже­ние интенсивности основного обмена, соответствующей перестройки сосудистой регуляции не происходит. Лишь в юношеском возрасте после завершения полового созревания возможности терморегуляции достигают уровня развития взрослого. Повышение теплоизоляции тканей собственного тела позволяет обходиться без включения хими­ческой терморегуляции (т.е. добавочной теплопродукции) даже при снижении температуры среды на 10—15 °С. Такая реакция организма, естественно, более экономична и эффективна.