Тепловой гомеостаз является основным условием жизнедеятельности. Образование тепла неразрывно связано с энергетическим обменом. Фактором, обеспечивающим непрерывное течение метаболизма в органах и тканях, является определенная температура крови, которая поддерживается специализированными механизмами саморегуляции.

Человек относится к гомойотермным организмам, которые вырабатывают много тепла и отличаются относительным постоянством температуры тела, незначительно изменяющейся в течение суток. Человек может переносить температурные колебания внутренней среды в диапазоне от 25 до 43 0 С.

Температурный фактор определяет скорость протекания ферментативных процессов, всасывания, проведения возбуждения и мышечного сокращения.

Температура тела человека различна в поверхностных и глубоких участках. Внутренние части тела, составляющие примерно 50% его массы, называются «ядром ». Сюда относят мозг, внутренние органы и кровь. Температура «ядра» относительно стабильна. Например, температура крови правого предсердия и температура нижней трети пищевода вблизи сердца варьирует незначительно и составляет величину порядка 36,7-37 0 С. В разных участках «ядра» температурные колебания составляют от 0,2 до 1,2 0 С. Оценка температуры «ядра» проводится в определенных легко доступных участках тела, температура которых практически не отличается от температуры «ядра». Такими участками являются прямая кишка, полость рта и подмышечная впадина. При этом оральная (подъязычная) температура обычно ниже ректальной на 0,2-0,5 0 С, а аксиллярная (в области подмышечной ямки) – ниже ректальной на 0,5-0,8 0 С. При плотном прижатии руки к грудной клетке граница внутреннего слоя «ядра» почти доходит до подмышечной впадины, однако для достижения этого должно пройти не менее 10 минут. Для определения температуры ткани используют различные виды термометров, а также оптический метод – термовизиография.

«Оболочкой » называют поверхностный слой тела толщиной 2,5 см, который характеризуется весьма большими различиями температуры в разных участках. Кроме этого эта температура зависит от температуры внешней среды. В правой и левой половине «оболочки» иногда наблюдается ассиметрия температур. Средняя температура кожи обнаженного человека составляет (при комфортной внешней температуре) 33-34 0 С. При этом температура кожи стопы значительно ниже температуры проксимальных участков нижних конечностей и в еще большей степени – туловища и головы. Температура кожи в области стопы в комфортных условиях равна 24-28 0 С, а при изменении внешних условий – 13-53 0 С. Температура различных частей тела человека в условиях холода и тепла представлена на рисунке 1.

У большинства млекопитающих температура тела соответствует диапазону 36-39 0 С. Интенсивность метаболизма (теплопродукции) определяется как массой тела, так и величиной отдачи тепла с поверхности тела. В соответствии с этим у животных с небольшими размерами тела и с большим, чем у крупных животных, отношением площади поверхности к величине массы тела теплопродукция на 1 кг массы выше.

Температура тела человека колеблется в течение суток в диапазоне 0,3-1,5 0 С, чаще 1,0 0 С. Эти колебания основаны на эндогенном ритме, который определяется «биологическими часами» организма, синхронизированными в режиме «день-ночь». Отчетливо выражен ритм температурных колебаний синхронизированный с менструальным циклом. На ритм суточных температурных изменений накладываются и другие ритмы.

Температура тела определяется соотношением теплопродукции и теплоотдачи. Когда они не соответствуют друг другу, физиологическая система терморегуляции адаптивно меняет теплопродукцию или теплоотдачу. Тем самым обеспечивается относительная стабильность температуры внутренней среды организма. При изменениях температуры окружающей среды в пределах 21-53 0 С температура тела обнаженного человека может оставаться стабильной в течение нескольких минут.

Теплопродукция (химическая терморегуляция) – это способ поддержания температуры тела на оптимальном для метаболизма уровне, осуществляемый за счет изменения интенсивности метаболических экзотермических реакций, в ходе которых образуется тепло. Наибольшее количество тепла образуется в органах с интенсивным обменом веществ: печени, почках, эндокринных и пищеварительных железах, скелетных мышцах. Меньше тепла образуется в костях, хрящах и соединительной ткани. Прием пищи повышает интенсивность обменных процессов на 30%. Наиболее выраженное специфическое динамическое действие оказывают белки, затем углеводы и жиры. Химическая терморегуляция зависит от ряда факторов: индивидуальных особенностей организма, температуры окружающей среды, интенсивности мышечной работы, характера питания, эмоционального состояния, кислородного обеспечения организма, степени ультрафиолетового облучения, интенсивности видимого света. Различают сократительную и несократительную теплопродукцию.

Сократительная теплопродукция связана с произвольными и непроизвольными сокращениями мышц. Произвольные сокращения приводят к многократному увеличению теплообразования, при этом повышаются и теплопотери за счет усиления отдачи тепла конвекцией. То есть произвольные сокращения представляют собой слишком расточительный способ повышения теплопродукции. Непроизвольные сокращения мышц встречаются в двух вариантах: дрожи и терморегуляторного тонуса. Дрожь является экономным способом теплопродукции, так как этот тип сократительной двигательной активности обеспечивает переход всей энергии мышечного сокращения в тепловую энергию. Терморегуляторный тонус развивается в основном в области мышц спины и шеи. Теплопродукция при этом возрастает на 40-50%. Терморегуляторные тонические сокращения возникают при снижении температуры внешней среды на 2 0 С относительно уровня комфорта. Такие сокращения имеют характер зубчатого тетануса, близкого к режиму одиночных сокращений и являются более адаптивными, так как в этом случае при многократном периодическом действии холода формируются изменения тканевых структур – структурный след адаптации. Одним из проявлений таких структурно-адаптационных изменений является увеличение в скелетных мышцах количества красных (медленных) волокон, выполняющих в основном тоническую функцию.

Несократительная теплопродукция значительно выражена в адаптированном к холоду организме. Доля такого механизма в обеспечении прироста теплопродукции на холоде может составлять 50-70%. Развивается это явление в различных тканях, но специфическим субстратом является бурая жировая ткань. Эта ткань локализована у человека в области шеи, между лопаток, в средостении около аорты, крупных вен и симпатической цепочки. Количество бурой жировой ткани составляет 1-2% массы тела, но при адаптации может увеличиться до 5% массы тела. Скорость окисления жирных кислот в бурой жировой ткани в 20 раз превышает эту скорость в белой жировой ткани. При действии холода в этой ткани растут кровоток и уровень обмена веществ, увеличивается температура. Бурая жировая ткань обогревает близлежащие крупные кровеносные сосуды.

Теплоотдача (физическая терморегуляция) – это способ поддержания температуры тела путем отдачи тепла в окружающую среду. Теплоотдача осуществляется за счет физических процессов: теплопроведения, теплоизлучения, конвекции и испарения. Эффективным органом теплоотдачи является кожа благодаря наличию в ней большого количества потовых желез и артериоло-венулярных анастомозов. К поверхности тела потоки тепла переносятся в основном кровью. Кровоток значительно варьирует при изменении просвета сосудов, в частности, состояния артериоло-венулярных анастомозов. Механизмы теплоотдачи в условиях пониженной и повышенной температуры окружающей среды представлены на рисунке 2.

Конвекция – перемещение нагреваемого кожей слоя воздуха вверх и его замещение более холодным воздухом. Конвекция происходит в том случае, когда кожа теплее окружающего воздуха.

Проведение происходит в основном тогда, когда человек погружается в воду, температура которой ниже нейтральной (31-36 0 С). Ввиду того, что теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха, кожа человека охлаждается в воде в 50-100 раз быстрее. Если температура воды близка к нулю, то через 1-3 часа может наступить смерть, так как тело человека охлаждается со скоростью 6 0 С в час. В воде теплоотдача происходит в несколько раз быстрее еще и потому, что кроме проведения в воде имеет место и конвекция. Увеличение содержания в организме жира ограничивает эффект теплоотдачи в воде путем конвекции.

Теплоизлучение обеспечивается инфракрасными лучами с длиной волны 5-20 мкм. Эти лучи испускаются кожей при наличии рядом находящихся предметов с более низкой температурой. Обнаженный человек может терять таким путем до 60% тепла.

Теплоиспарение составляет около 20% теплоотдачи тела человека в условиях комфортной температуры среды. Это единственный способ отдачи тепла в окружающую среду, если ее температура оказывается равной температуре тела. Путем испарения 1 л воды человек может отдать одну треть всего тепла, вырабатываемого в условиях покоя в течение суток. Существует два варианта испарения воды с поверхности тела: испарение пота в результате его выделения и испарение воды , оказавшейся на поверхности путем диффузии. Потоотделение – составная часть целостной реакции организма на тепловое воздействие. Испарение выделяющегося пота способствует потере тепла. Испарение воды путем диффузии происходит через слизистые оболочки дыхательных путей. Потери тепла, обусловленные дыханием, составляют 10-13% от общей теплоотдачи организма. Выделение тепла происходит также с мочой и калом.

Механизмы регуляции теплопродукции и теплоотдачи

Терморецепция осуществляется свободными окончаниями тонких сенсорных волокон типа А и С. Существуют терморецепторы центральные и периферические.

Кожные терморецепторы передают в центры терморегуляции сигналы об изменениях температуры среды, а также обеспечивают формирование температурных ощущений. Число Холодовых рецепторов кожи во много раз больше числа тепловых рецепторов. Холодовые рецепторы во внутренних органах и тканях также преобладают.

В центральной нервной системе – спинном и среднем мозге, а также в гипоталамусе – имеются центральные терморецепторы , которые называются термосенсорами . Центральные аппараты физиологической системы терморегуляции имеют большое число входных каналов. Так, термосенсоры могут возбуждаться при их непосредственном охлаждении или нагревании на 0,011 0 С и в результате изменять интенсивность как теплопродукции, так и теплоотдачи организма в целом.

Центр терморегуляции локализуется в гипоталамусе, в котором имеется три вида терморегуляторных нейронов:

1) афферентыне нейроны, принимающие сигналы от периферических и центральных терморецепторов;

2) вставочные;

3) эфферентные нейроны, контролирующие активность эффекторов системы терморегуляции.

От периферических терморецепторов информация поступает в медиальную преоптическую область переднего гипоталамуса . В его ядрах происходит сравнение полученных с периферии сигналов с активностью центральных терморецепторов, которые отражают температурное состояние мозга. Эти две информации интегрируются в заднем гипоталамусе . Полученные, в результате интеграции сигналы начинают управлять процессами теплопродукции и теплоотдачи. В заднем гипоталамусе также располагается моторный центр дрожи, связанный с моторными центрами спинного и продолговатого мозга. Терморецепторы кожи информируют ЦНС о повышении или понижении температуры окружающей среды еще до изменения температуры внутренней среды, при этом включаются терморегуляторные механизмы, которые предотвращают это отклонение. Такая регуляция носит название «регуляции по опережению». Моторный центр дрожи работает как «регулятор по отклонению» так как он возбуждается при снижении температуры тела даже на доли градусов. Кроме гипоталамуса в терморегуляции участвует кора больших полушарий. Она работает как «регулятор по опережению».

Регуляция теплопродукции осуществляется: во-первых, соматической нервной системой , которая запускает сократительные терморегуляторные реакции (дрожательные), во-вторых, симпатической нервной системой , которая активирует выделение из бурой жировой ткани норадреналина, включение в метаболические процессы свободных жирных кислот. Кроме этого симпатическая нервная система запускает выделение из коры надпочечников катехоламинов. В результате повышается выделение первичного тепла за счет рассогласования процессов окисления и фосфорилирования.

Регуляция теплоотдачи связана с активностью симпатической нервной системы. Её возбуждение приводит к сужению кровеносных сосудов кожи, а холинергические симпатические нейроны возбуждают потовые железы.

При снижении температуры «ядра» происходит активация холодовых гипоталамических, органных и сосудистых терморецепторов. В результате активизируется гипоталамический центр теплопродукции и снижается теплоотдача.

При повышении температуры внутренней среды организма активируются гипоталамические, сосудистые, кожные и органные теплорецепторы. Гипоталамический центр теплоотдачи активизируется, и процесс выработки тепла уменьшается, а теплоотдача увеличивается.

Адаптация к периодическим изменениям температуры, закаливание и здоровье

Температурная акклиматизация – это приспособление к многократным повышениям и снижениям температуры внешней среды. Она является целостной реакцией организма, которая развивается при участии практически всех систем организма.

При действии на организм холода повышение теплопродукции сочетается с постепенно развивающимся снижением КПД мышечных сокращений, в результате большая часть энергозатрат направлена на согревание тела. В результате повышается потребление кислорода, увеличивается легочная вентиляция и сократительная активность сердца, повышается АД. В крови увеличивается концентрация гемоглобина, в мышцах увеличивается количество миоглобина. Происходит перераспределение кровотока: он уменьшается на периферии и увеличивается в центре. Что может приводить к холодовому диурезу, вследствие снижения секреции альдостерона и АДГ.

Пластическая адаптация (толерантность) возникает при длительном действии холода (ныряльщики за жемчугом). Она связана с тем что, порог развития дрожи и повышение теплопродукции смещается в сторону более низких температур. При этом на уровне молекул, клеток и тканей появляются изменения, которые способствуют повышению устойчивости к изменениям температуры внутренней среды организма. Тогда функции организма меняются незначительно, хотя температура тела может быть ниже 36 0 .

У постоянных жителей тропических районов земного шара развивается, напротив, привыкание к теплу: температура тела этих людей повышена даже в покое, и увеличение теплоотдачи начинается у них при температуре тела на 0,50 более высокой, чем у жителей районов с умеренным климатом.

У людей, неоднократно по несколько месяцев работающих в условиях антарктических экспедиций, постепенно развиваются энергетически более экономные реакции, в частности, повышается регулирующая активность парасимпатической нервной системы.

На ранних этапах адаптации используются преимущественно генотипические механизмы, которые в экстремальных условиях избыточны и расточительны. В более поздние сроки резервы организма не только своевременно восстанавливаются, но и увеличиваются – развиваются фенотипические механизмы, которые являются более гибкими и экономными.

Рисунок 1. Механизмы теплоотдачи в условиях пониженной и повышенной температуры окружающей среды.



Совокупность физиологических механизмов, осуществляющих регулирование температуры тела, называется физиологической системой терморегуляции.
Образование тепла в организме. Тепло в организме образуется в результате окисления пищевых веществ в процессе распада белков, жиров и углеводов. Энергия, которая до этого находилась в них в скрытом состоянии, освобождается, расходуется и в конечном счете отдается организмом в виде тепла.
Местом, где главным образом происходит образование тепла, являются мышцы. Этот процесс идет даже тогда, когда человек находится в полном покое. Незначительные мышечные движения уже способствуют большему образованию тепла, а при ходьбе количество его повышается на 60-80 %. При мышечной работе образование тепла увеличивается в 4-5 раз. Кроме скелетных мышц, теплообразование происходит в желудке, кишках, печени, почках и других органах.
Образование тепла в организме сопровождается его отдачей. Организм теряет столько тепла, сколько в нем образуется, в противном случае человек погиб бы в течение нескольких часов.
Эти сложные процессы регуляции образования и отдачи тепла организмом называются терморегуляцией и совершаются рядом приспособительных механизмов, к рассмотрению которых мы и перейдем.
Регуляция теплообразования и теплоотдачи. Температура тела остается постоянной благодаря тому, что в организме регулируется как образование, так и отдача тепла.
Тепло расходуется организмом разными путями. Основным путем теплоотдачи является потеря тепла проведением, т. е. нагреванием окружающего воздуха и излучением; кроме того, тепло расходуется с выдыхаемым воздухом, на испарение пота и т. д.
Следовательно, температура тела человека сохраняется постоянной благодаря тому, что регулируется, с одной стороны, интенсивность окислительных процессов, т. е. образования тепла, а с другой, - интенсивность и объем теплоотдачи. Эти два способа регуляции получили название химической и физической терморегуляции.
Под химической терморегуляцией понимают изменение интенсивности обмена веществ под воздействием окружающей среды. Существует определенная зависимость между температурой воздуха и обменом веществ в организме. Так, при понижении температуры воздуха образование тепла в организме усиливается.
Наибольшая часть тепла образуется в мышцах. На холоде происходит дрожание мышц. При понижении температуры окружающей среды раздражаются кожные рецепторы, воспринимающие температурные раздражения: в них возникает возбуждение, которое идет в ЦНС и оттуда к мышцам, вызывая их сокращения. Таким образом, дрожь и озноб, которые мы испытываем в холодное время года или в холодном помещении, являются рефлекторными актами, способствующими усилению обмена веществ, а следовательно, увеличению образования тепла. Усиление обмена веществ происходит под влиянием холода, даже когда отсутствуют мышечные движения.
Значительное количество тепла образуется и в органах брюшной полости - в печени и почках. Это можно проследить, если измерять температуру крови, притекающей к печени и оттекающей от нее. Оказывается, что температура оттекающей крови выше температуры притекающей. Следовательно, кровь нагрелась при протекании через печень.
При повышении температуры воздуха теплообразование в организме уменьшается.
Физическая терморегуляция. При повышении или понижении температуры окружающей среды происходит не только изменение окислительных процессов, т. е. теплообразования, но и отдачи тепла, причем при понижении температуры отдача тепла уменьшается, а при повышении - увеличивается.
Тепло отдается организмом в основном путем проведения и излучения, и только некоторая часть - другими путями. Так, отдача тепла путем проведения составляет 31% всего образовавшегося в организме тепла, путем излучения - 44 %, при испарении воды кожей теряется 10 %, при испарении воды легкими - 12 %, на нагревание вдыхаемого воздуха и выделенных мочи и кала расходуется 3 % тепла.
Путем проведения тело теряет тепло на нагревание окружающего воздуха и предметов, с которыми соприкасается. Другой путь теплоотдачи - излучение тепла. При этом происходит
нагревание предметов, находящихся на некотором расстоянии от тела.
Как же происходит изменение теплоотдачи? Большую роль в теплоотдаче играет расширение и сужение сосудов кожи. Все знают, что на холодном, морозном воздухе кожа человека бледнеет, а когда воздух разогрет, раскален - краснеет.
Изменение цвета кожи обусловлено тем, что под влиянием холода кровеносные сосуды, в первую очередь артериолы, сужаются. В результате приток крови к поверхности тела уменьшается, а следовательно, снижается и теплоотдача путем проведения и излучения.
Под влиянием же тепла сосуды кожи расширяются, кровь обильно притекает к поверхности тела, что способствует усилению проведения и излучения тепла. Таким путем тепло отдается в окружающую среду только тогда, когда температура воздуха ниже температуры тела. Чем меньше разница между температурой кожи и температурой воздуха, тем меньше тепла отдается в окружающую среду. В этом случае значительную роль играет потоотделение. При испарении 1 г пота теряется 0,58 ккал. Так как потоотделение и испарение происходит непрерывно при любой температуре, то количество калорий, которое при этом теряет человек, зависит от интенсивности потоотделения. При средней температуре за день человек теряет около 800 мл пота. При потере такого количества пота расходуется 450- 500 ккал. При повышении температуры выделение пота увеличивается и иногда доходит до нескольких литров.
Наибольшее количество пота выделяется в тех случаях, когда температура воздуха равна или выше температуры тела. В этих условиях передача тепла путем проведения излучения невозможна, и поэтому оно расходуется в основном при помощи потоотделения.
В жарких странах или жарких помещениях, где температура воздуха равна 37°С или несколько выше, тепло отдается только испарением. При этом у человека выделяются в течение дня до 4,5 л пота, что обеспечивает отдачу 2400-2800 ккал.
Большое количество пота теряется при физической работе, причем происходит это при любой температуре. Подсчитано, что при особо тяжелых работах человек теряет в день до 9 л пота и, таким образом, путем испарения отдает до 5000 ккал.
Потоотделение в значительной степени зависит от насыщения воздуха водяными парами. При равных температурных условиях большее испарение пота, а следовательно, и большая потеря тепла обеспечиваются в условиях низкого содержания водяных паров в воздухе. Поэтому жара легко переносится в тех местах, где воздух более сухой.
Испарению пота препятствует непроницаемая одежда (резиновая, противоипритный костюм и т. п.). Человек в такой одежде потеет даже на морозе, так как вокруг него создается постоянный слой воздуха, который не обновляется ввиду отсутствия вентиляции. Этот слой воздуха насыщается парами, что препятствует дальнейшему испарению пота. Поэтому длительное пребывание в этих костюмах невозможно, так как вызывает повышение температуры тела.
В жарких странах, горячих цехах, при длительных походах человек теряет большое количество пота. Появляется жажда, но вода не утоляет ее; наоборот, чем больше воды пьет человек, тем он больше потеет и тем сильнее становится жажда.
Одновременно с потом теряются соли, поэтому возникает необходимость пополнить не только потерю воды, но и потерю солей. С этой целью к питьевой воде добавляют 0,5 % поваренной соли. Такую немного подсоленную воду дают в горячих цехах, при длительных походах и т. п. Она утоляет жажду и улучшает самочувствие.
Некоторую роль в теплоотдаче играет дыхание. Тепло расходуется на испарение воды легкими и отчасти на согревание вдыхаемого воздуха. На холоде происходит рефлекторное замедление дыхания, а при высокой температуре дыхание учащается, наступает так называемая тепловая одышка.
Для лучшей отдачи тепла большое значение имеет циркуляция воздуха. Когда воздух находится в движении, то около тела не создается постоянного слоя нагретого и насыщенного парами воздуха. В этом заключается значение вентиляторов, обмахивания и т. д. Одежда же создает неподвижный слой воздуха и тем самым затрудняет теплоотдачу.
Отдаче тепла препятствует подкожный жир. Чем толще слой жира, тем хуже она осуществляется. Поэтому люди с толстым жировым слоем в подкожной клетчатке легче переносят холод, чем худые.
Температура тела человека постоянна. Она измеряется в подмышечной впадине или в прямой кишке (у грудных детей). Средняя температура в подмышечной впадине колеблется в пределах 36,5-36,9°С, в прямой кишке - несколько выше (37,2-37,5 С). Температура внутренних органов выше, чем средняя температура тела, например температура печени равна 38-38,5°С. Температура тела человека колеблется в течение суток. Наиболее низкой она бывает в 3-4 ч
ночи, затем постепенно возрастает, доходя до наивысшей точки в 16 ч, и вновь начинает снижаться. Колебания температуры происходят в пределах 0,5°С от средней величины.
Температура тела может резко повыситься при мышечной работе и дойти до 38-39°С или даже до 40°С. По прекращении же работы она быстро падает и доходит до нормальной величины.
Постоянство температуры тела поддерживается уже описанными двумя механизмами: химической и физической терморегуляцией. Однако возможности человеческого организма ограничены, и при некоторых условиях эти механизмы оказываются недостаточными. Тогда нарушается постоянство температуры и наблюдается либо ее повышение, либо понижение. Повышение температуры выше нормы называется лихорадкой. Лихорадка может наступить потому, что увеличивается образование тепла при отсутствии изменений в теплоотдаче, или, наоборот, теплообразование остается неизменным, а теплоотдача уменьшается.
Понижение температуры до 32-33°С, как и увеличение ее свыше 42-43°С, приводит к смерти.
Центры терморегуляции. Центр терморегуляции, получивший название теплового центра, находится в промежуточном мозге. Деятельность его определяется двумя факторами: температурой крови и рефлекторными воздействиями. Если температура крови, омывающей промежуточный мозг, повышена, то центр терморегуляции возбуждается, и в деятельности организма наступают изменения, способствующие ее понижению. При понижении температуры крови центр теплообразования реагирует так, что усиливается интенсивность процессов, способствующих повышению температуры.
Другой способ возбуждения - рефлекторные воздействия. При воздействии температурных колебаний на кожу человека в рецепторах возникает возбуждение, которое поступает в тепловой центр. Оттуда импульсы идут уже к органам, связанным с теплообразованием (мышцы, печень и т. п.) и с теплоотдачей, и вызывают изменение их деятельности. Возбуждение из центров терморегуляции к органам теплообразования и теплоотдачи передается по симпатической нервной системе.
Исключительно большую роль в терморегуляции играет кора больших полушарий головного мозга. В нормальных условиях процесс теплообразования и теплоотдачи находится под ее влиянием.
Термокомфортной температурой для человека на воздухе обычно является +19°С, в воде - +34°С. При таких температурах система терморегуляции не включается.
Для поддержания постоянной температуры тела 36,6°С человеку нужно затратить 200 ккал в сутки.
Снижение температуры тела даже на 0,1° ведет к снижению иммунитета.
Похолодания в природе, как правило, бывают очень резкими. Чтобы безболезненно переносить климатические "сюрпризы", человек должен закаливаться.
Как известно, существуют три уровня реакции организма на разные по силе раздражители: тренировка, активация и стресс. Большой холод - это стресс, в том числе и психический. Если вы заранее боитесь переохлаждения, мерзнете и кутаетесь задолго до выхода на мороз, то вам надо срочно закалять не только тело, но и нервы. Эксперимент на выживание показал, что люди гибнут, как правило, не от холода, а от страха перед ним.
Настрой на закаливание ставит перед человеком стратегическую задачу: подружиться с холодом на всю жизнь. "Граница удовольствия" позволяет решать тактическую задачу: дозировать холод или жару. Если стратегия побуждает к закаливанию, то тактика контролирует нагрузку при закаливании. Причем делает это в соответствии с индивидуальными физиологическими особенностями организма и, разумеется, с учетом конкретных климатических условий.
Необходимость психологического настроя на закаливание, заинтересованность в нем - это самый важный принцип. На него нельзя жалеть времени.
Сущность закаливания - это тренировка процессов терморегуляции, которые включают теплопродукцию и теплоотдачу. Охлаждение стимулирует, с одной стороны, увеличение производства тепла в организме, а с другой - стремление сохранить его, не отдать наружу. Тренировка обучает организм четко реагировать на холод, быстро и активно отвечать на низкую температуру среды повышенной теплопродукцией и сниженной теплоотдачей. Таким образом, несмотря на холод, сохраняется обычная температура тела. У незакаленного человека механизмы терморегуляции срабатывают слабее, температура тела снижается, что ведет к ослаблению иммунной защиты и усилению активности патогенных микроорганизмов. В результате этого - простуды, грипп и др., которые не только выводят из рабочего состояния, но и аккумулируют вредные воздействия, что неизбежно подрывает общий потенциал организма и снижает его жизнестойкость.

В основе жизнедеятельности организма лежит обмен веществ и энергии, который сопровождается образованием тепла при биологическом окислении молекул белков, жиров и углеводов. То есть, в организме человека постоянно генерируется тепло. Интенсивность обмена веществ и количество образующегося тепла в организме напрямую связаны между собой. При увеличении скорости обменных процессов увеличивается теплообразование, а при повышении температуры тела ускоряется биологическое окисление. Чтобы не произошло затухания или лавинообразного роста этих процессов, организм имеет средства для отведения и сохранения тепла.

Человек относится к группе т.н. гомойотермных (теплокровных) организмов, способных сохранять температуру тела на постоянном уровне. Средняя температура «ядра» тела равна 37°С, и это значение колеблется незначительно в течение дня. Значительные изменения температуры тела человека могут наблюдаться во время болезни, при длительных изнурительных физических нагрузках или в экстремальных ситуациях. При этом организм человека может перенести понижение внутренней температуры тела на 10 °С, а её повышение – лишь на 5 °С. Способность организма поддерживать постоянную внутреннюю температуру зависит от возможности уравновешивать количество тепла, образующегося при метаболизме и поступающего из окружающей среды, с тем его количеством, которое отдает тело.

Температура тела отражает динамическое равновесие между образованием тепла и его отдачей. Она повышается, если образование тепла превышает его отведение, например, при интенсивных физических нагрузках в теплых и влажных условиях окружающей среды, и понижается, если теплопотери превосходят теплообразование.

Суммарная теплопродукция (теплообразование) в организме состоит из первичной и вторичной теплоты. Первичная теплота выделяется в ходе постоянно протекающих во всех органах и тканях реакций обмена веществ. Вторичная теплота образуется при расходовании энергии макроэргических соединений на выполнение человеком определенной мышечной работы. Уровень теплообразования в организме зависит от величины основного обмена, «специфически динамического действия» принимаемой пищи, мышечной активности и интенсивности метаболизма в тканях.

Метаболические процессы осуществляются с неодинаковой интенсивностью в различных органах и тканях, поэтому вклад в общую теплопродукцию организма отдельных органов и тканей неравнозначен. Наибольшее количество тепла образуется в скелетных мышцах при их тоническом напряжении или сокращении. Образование тепла, наблюдающееся в мышцах при этих условиях, получило название сократительного термогенеза (сократительной теплопродукции), который является наиболее значимым механизмом теплообразования у взрослого человека. У новорожденных, а также у мелких млекопитающих животных имеется механизм ускоренного теплообразования за счет возрастания метаболической активности в других тканях и, прежде всего, в буром жире. Бурую окраску этой ткани придает большое количество окончаний симпатических нейронов, содержащих медиатор норадреналин. В условиях холодового воздействия на организм под влиянием выделяющегося из симпатических нервных окончаний норадреналина происходит интенсивное окисление жирных кислот. Бурый жир характеризуется избытком митохондрий, которые окружают мелкие капельки жира в цитоплазме. Окисление жирных кислот в митохондриях бурой жировой ткани осуществляется без значимого синтеза макроэргов и, таким образом, с максимально возможным образованием теплоты. Этот механизм получил название несократительного термогенеза (несократительной теплопродукции). Посредством механизмов несократительного термогенеза уровень теплопродукции у человека может быть увеличен примерно в три раза по сравнению с уровнем основного обмена.

Определив среднюю температуру тела и зная его массу (Мт), можно приблизительно определить содержание тепла (СТ) в теле. Содержание тепла представляет собой общее количество калорий тепла в тканях организма. Чтобы определить СТ, надо установить удельную теплоемкость тканей организма.

Удельная теплоемкость субстанции представляет собой количество тепла, необходимого для изменения температуры этой субстанции на ГС. Килокалория - это единица измерения тепловой энергии, представляющая количество тепла, необходимого для того, чтобы повысить температуру 1 кг воды на один градус Цельсия. Следовательно, удельная теплоемкость воды равна 1,0 ккал*кг -1 *°С -1 . Другие компоненты тела имеют разную удельную теплоемкость. Средняя удельная теплоемкость тканей составляет 0,83 ккал*кг -1 *°С -1 . Таким образом, при повышении температуры тела человека массой 50 кг на один градус Цельсия увеличение количества теплоты составит 0,83 ккал на каждый килограмм массы тела, а общая величина составит 41,5 ккал (0,83 ккал*кг -1 *50 кг).

Зная среднюю удельную теплоемкость (0,83 ккал*кг -1 *°С -1), можно определить содержание тепла в организме СТ = 0,83 (Мт х Ттела).

Предположим, что средняя температура человека массой 50 кг равна 35,3 °С.

СТ = 0,83 (50 кг х 35,3°С);

СТ= 1,465 ккал.

Таким образом, тело человека массой 50 кг содержит 1,465 ккал тепла.

Перенос тепла

В состоянии покоя в теле среднего человека образуется тепла 1,25–1,50 ккал в минуту. Полное блокирование способности организма рассеивать тепло приведет к увеличению образования тепла до 75–90 ккал в час. Таким образом, способность избавляться от чрезмерного метаболического тепла играет очень важную роль даже в состоянии покоя.

а. Проведение

Проведение или кондукция представляет собой прямой перенос тепла между молекулами вещества в твердой, жидкой или газообразной среде. Проведение играет роль при переносе тепла от глубоких тканей к поверхности тела. Однако по причине низкой теплопроводности тканей организма количество переносимого тепла сравнительно невелико. Охлаждение поверхности тела через проведение осуществляется путем нагрева молекул воздуха, жидкости и твердых поверхностей, которые контактируют с кожей.

Интенсивность переноса тепла через проведение зависит от нескольких факторов:

Разницы температур кожи и контактирующей среды (воздух, жидкость, твердая поверхность);

Тепловых качеств этой среды (теплопроводность и теплоемкость);

Площади контакта.

При комнатной температуре предметы с высокой теплопроводностью и теплоемкостью кажутся на ощупь более холодными, так как они способны отводить и абсорбировать тепло в разы эффективнее, чем окружающий воздух. Находясь на природе, в жару, для эффективного охлаждения тела можно прилечь на большой камень, укрытый от солнца. Обладающий высокой теплопроводностью камень быстро заберет часть лишнего тепла от перегретого тела.

б. Конвекция

Эффективность переноса тепла через проведение зависит, в том числе, от того, насколько быстро контактирующий с кожей слой воздуха (или воды) покидает её после нагрева. Теплообмен путем перемещения слоев воздуха или воды называется конвекцией . Если конвекция протекает медленно, то на поверхности кожи образуется изолирующий слой нагретого воздуха, который снижает эффективность переноса тепла через проведение. Максимальная толщина изолирующего слоя может достигать 4–8 мм. Если же, напротив, прохладный воздух постоянно заменяет подогретые слои воздуха, отведение тепла увеличивается, так как изолирующий слой не успевает сформироваться.

Различают естественную и форсированную (принудительную) конвекцию. При естественной конвекции тепло уносится ламинарным потоком воздуха. Движущей силой при этом является разность температур тела и его окружения.

При форсированной конвекции осуществляется дополнительный обдув поверхности тела воздухом. Наиболее очевидные примеры - ветер, «сквозняк», поток воздуха от вентилятора; менее очевидные - интенсивное перемещение всего тела или отдельных его частей относительно окружающего воздуха. Поэтому с увеличением скорости бега или езды на велосипеде увеличивается интенсивность теплоотдачи.

Кроме того, явление конвекции играет большую роль в субъективном восприятии низкой температуры окружающего воздуха, в формировании т.н. ветро-холодового индекса . Известно, что в ветреную погоду холод переносится тяжелее, чем в штиль. Это следует учитывать при планировании различных видов активности вне помещений в холодное время года. С практической целью разработаны таблицы значений ветро-холодового индекса.

Следует отметить, что именно за счет конвекции большая часть вырабатываемого организмом тепла переносится в кровоток. Кровь, обладая большой теплоемкостью, является особенно хорошим накопителем и переносчиком тепла. Это способствует поддержанию теплового баланса всего организма.

в. Излучение

Все объекты, включая людей, постоянно излучают тепло в виде инфракрасных волн (т.н. лучистую энергию). Подобная форма переноса тепла не требует непосредственного контакта между объектами. При этом тепло передается от более нагретого объекта к менее нагретому. Так как температура тела человека обычно выше нормальной комнатной температуры, часть тепла отводится путем излучения. Только за счет излучения в состоянии покоя от тела к его окружению переносится до 60 % тепла.

С другой стороны, объекты с высокой температурой способны отдавать тепло телу человека. Например, бытовые электрообогреватели, печи, электроплиты. Самый крупный источник излучения – Солнце. Даже при относительно низкой температуре воздуха (вплоть до 0°С), тело человека может «подогреваться», получая тепловую энергию прямых и отраженных от снега, песка или воды солнечных лучей. Это явление хорошо знакомо альпинистам и горнолыжникам.

г. Испарение

Испарение – процесс перехода вещества из жидкого состояния в паро- или газообразное состояние. Испарение – эндотермический процесс, который он протекает с поглощением теплоты. Благодаря этому вода, испаряющаяся с дыхательных путей и с поверхности кожи, постоянно переносит тепло от тела в окружающую среду. Один литр испаренной воды уносит 580 ккал. Конвекция усиливает эффективность испарения. Процесс обратный испарению называется конденсацией.

В покое и при нейтральных температурных условиях вклад испарения в наружный перенос тепла относительно невелик и составляет около 20 % (для сравнения, вклад излучения – 60 %). Однако, в условиях высокой температуры воздуха механизмы «сухого теплообмена» начинают работать в обратном направлении, тело начинает нагреваться, получая тепло через излучение, проведение и конвекцию. В этом случае испарение остается единственным эффективным путем отведения тепла.

При выполнении физических упражнений испарение также выступает в роли основного процесса рассеяния тепла, его вклад может достигать 80 %. Необходимость развития этого механизма возникла вследствие того, что мощности процессов «сухого теплообмена» недостаточно для отведения всего избытка тепла, образующегося в результате интенсивной мышечной деятельности. Следует помнить, что испарение – основная защита организма от перегрева.

Около 300 мл воды ежедневно испаряется со слизистых оболочек дыхательных путей. Это так называемые неощущаемые потери жидкости. Они относительно постоянны и не способны помочь, когда телу необходимо отдать больше тепла. В неощущаемых потерях также участвует небольшое количество воды, диффундирующей через кожу.

Железистая или ощутимая потеря жидкости является результатом работы потовых желез. По поверхности кожи распределено от двух до четырех миллионов потовых желез. В условиях теплового стресса эти эккринные железы, контролируемые холинэргическими симпатическими нервными волокнами, секретируют большое количество гипотонического солевого раствора (0,2–0,4 % NaCl). Испарение пота с кожи оказывает охлаждающее действие. Охлажденная кожа, в свою очередь, отводит часть тепла от крови, циркулирующей между глубокими и поверхностными тканями.

Интенсивность испарения очень зависит от относительной влажности воздуха и находится от нее в обратной зависимости. В условиях повышенной влажности парциальное давление водяного пара в воздухе становится близким к его значению у влажной кожи, около 40 мм рт. ст., и дальнейшее насыщение воздуха испаренной влагой становится затрудненным. Скорость испарения значительно снижается, а капли выделившегося пота стекают по коже, пропитывают одежду или даже падают на землю. Так как эта вода не принимает участия в отведении тепла, то ее выделение становится неэффективным. Подобное обильное потоотделение может привести к быстрой дегидратации и перегреву организма. Выполнение физической работы в плотной, «недышащей» одежде так же осложняет испарение пота, так как между кожей и одеждой образуется насыщенная влагой прослойка воздуха. С другой стороны, постоянное удаление пота с кожи, например, сухим полотенцем, также препятствует охлаждению тела через испарение.

Именно испарение, а не выделение пота, охлаждает тело человека.

Почему человеку бывает холодно, а лягушке даже на Монблане не нужен пуховик? Согреет ли нас гусиная кожа, и за что производители одежды должны благодарить гомеостаз?

Кто из нас, взбираясь на гору с тяжеленным рюкзаком, не ворчал по поводу излишне теплой одежды? А потом, вечером, не пытался в ней же согреться у костра? Почему в одной и той же куртке может быть и холодно, и жарко, и как на ощущение климатического комфорта влияет температура окружающего воздуха или интенсивность физической активности? О том, почему греет одежда, мы рассказывали в статье . В этой статье мы поговорим о том, почему человек вообще нуждается в одежде, и зачем она должна его греть.

Голландец Вим Хоф (Wim Hof) по прозвищу «Ледяной человек» (The Iceman) прославился своей слабой чувствительностью к холоду. Он установил несколько рекордов, связанных с продолжительностью пребывания человека в экстремально холодных условиях. Айсмен провел 72 минуты в емкости с холодной водой и льдом, взошел на французский Монблан босиком и совершил еще множество «хладнокровных» поступков, недоступных большинству простых людей.

В отличие от Вима Хофа, другое живое существо — обычная лягушка — на Монблан не забирается, но прочие низкотемпературные подвиги совершает постоянно, что, однако, не делает ее знаменитой. Можно, конечно, предположить, что Iceman, в отличие от лягушки, преуспел в вопросах PR, однако истина в другом. Лягушка, как и многие другие представители животного мира и рыб, является существом холоднокровным. Человек, наоборот, принадлежит к довольно большой теплокровной группе. Холодно- и теплокровные организмы приспосабливаются к среде и реагируют на изменение температурных условий по-разному.

В XIX веке французский медик Клод Бернар (Claude Bernard) вывел принципы, которые затем легли в основу теории гомеостаза . Согласно этой теории живой организм образует единую энергетическую систему с окружающей средой и стремится сохранить постоянство своей внутренней среды.

Эволюция предложила разные варианты обеспечения гармонии между организмом и окружающей средой. Например, уже знакомая нам лягушка хладнокровно решила, что температура ее тела будет практически такой же, как у воды и воздуха вокруг нее. В результате лягушка нормально живет при температуре ее собственного лягушачьего тела от 0 до 25 градусов по Цельсию. Животные подобные лягушке при сильном понижении температуры способны впадать в анабиоз — состояние, когда жизнедеятельность организма замедляется почти до полной остановки. Некоторые из таких животных, например сибирский углозуб, даже зимуют в глыбе льда, замерзая до весны вместе с водой, в которой они плавали. Такой способ приспособления к условиям окружающей среды называется конформационным .

Сибирский углозуб может зимовать в глыбе льда, замерзая вместе с водой, в которой плавал

Человек, в отличие от лягушки, нормально функционирует только если температура его собственного тела постоянна и не изменяется вслед за температурой окружающей среды. Этот способ адаптации называется регуляторным и достигается с помощью развитой физиологической системы терморегуляции, управляющей теплообменом. Эта система следит за внутренней температурой организма человека, и если она отклоняется от нормальных 37 ºС в ту или другую сторону, то запускаются механизмы коррекции. Дрожание на холоде или потение в жару — внешние проявления работы таких механизмов.

У обоих вариантов гомеостаза есть свои преимущества и недостатки. Холоднокровные животные меняют «стиль жизни» в зависимости от внешних условий и могут переносить низкие температуры в течение длительного времени, снижая свою активность практически до нуля. Теплокровные, наоборот, тратят значительные силы на поддержание стабильной внутренней температуры тела, но это дает им возможность сохранять обычную активность при довольно широком диапазоне внешних температур.

Теплообмен

Что же такое теплообмен? К чему все эти мучения с потением или, наоборот, что приятного в мурашках на коже?

Теплообмен — это перенос тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Такой процесс всегда имеет одно направление и необратим. То есть перенос тепла от нагретого утюга к брюкам возможен, а вот брюки нагретому утюгу передать тепло не смогут. Процесс теплообмена по своему принципу похож на поведение жидкости в сообщающихся сосудах: жидкость будет перетекать из одного сосуда в другой до тех пор, пока уровень жидкостей в двух сообщающихся сосудах не станет одинаковым. Так и тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому до тех пор, пока их температура не станет одинаковой.

Три вида теплообмена

Теплообмен принято делить на три вида: теплопроводность, лучистый теплообмен и конвекция.

1. Теплопроводность — это непосредственный перенос тепла от более нагретого к менее нагретому. Горячий кофе передает тепло чашке, а чашка — рукам. Это будет происходить до тех пор, пока температура напитка, чашки и рук не сравняется. И наоборот, если емкость с напитком холодна (например, фужер с коньяком), то тепло передается в обратном направлении — от рук к напитку. Именно благодаря теплопроводности хороший коньяк, нагреваясь, становится очень хорошим.

Холодные уши — вовсе не признак дурака. Так устроен любой человек

Человеческое тело отдает свое тепло не только коньяку, но и окружающей среде — воздуху или другим холодным предметам, с которыми человек соприкасается. Различные зоны человеческого тела делают это по-разному. Например, верхняя часть, особенно голова и шея, отдают много тепла, а ноги и участки тела с большим количеством подкожного жира — мало. Кстати, именно поэтому упитанные люди мерзнут меньше худых.

2. Лучистый теплообмен — это вариант теплообмена без непосредственного контакта тел. Так нас греет солнце или любой другой нагретый предмет, даже не прикасаясь к которому, мы можем сказать, что от него исходит жар.

Солнце греет нас на расстоянии благодаря лучистому теплообмену

3. Конвекция — вид теплообмена, осуществляемого движущимися потоками одного и того же вещества. Благодаря конвекции перемешивается вода в стоящем на огне чайнике. То же самое происходит с теплым воздухом под одеждой. Поднимаясь вдоль тела и выходя наружу, он уступает место воздуху с улицы, и мы начинаем мерзнуть.

Виды конвекции в чайнике и туристе

Роль механизмов регуляции теплообмена

Внутренняя температура тела человека поддерживается за счет теплопродукции — производства тепла в ходе обмена веществ и мышечной деятельности. Здоровый организм не замечает эту температуру, но даже небольшое — в половину градуса — ее изменение является поводом для того, чтобы забраться в постель, потребовать тишины, глинтвейна и оплаченного больничного листа.

Но не менее важна для человека и температура среды его обитания.

Голый человек способен продолжительно и эффективно функционировать лишь в довольно узком диапазоне температур окружающей среды — в районе 27 ºС. Если температура окружающей среды поднимается выше 27 градусов, возникает риск гипертермии (перегрева). В таких случаях система терморегуляции человека увеличивает теплоотдачу за счет испарения влаги, вырабатываемой потовыми железами. Кроме этого осуществляется перераспределение кровотока от внутренних органов к внешней поверхности тела.

И наоборот, когда температура окружающей среды заметно и продолжительно опускается ниже 27 градусов, организм включает механизмы терморегуляции, которые уменьшают потери тепла и увеличивают теплопродукцию.

К таким механизмам относятся:

Дрожание — быстрое непроизвольное сокращение мышц, в процессе которого выделяется тепло для согрева внутренних органов.

Отток крови от внешней, охлажденной поверхности тела. Такой отток не позволяет крови отдавать тепло, необходимое для работы внутренних органов. Этот эффект проявляется, в частности, как замерзание пальцев рук и ног.

Гусиная кожа — мурашки, которые вызываются напряжением микромыщц, отвечающих за положение волосков на коже. У человека это наследие предков является классическим атавизмом, но у наших прародителей эти мышцы поднимали шерсть, увеличивая высоту волосяного покрова. Это удерживало воздух у кожи, который как теплоизолятор уменьшал тепловые потери.

Однако возможности терморегуляции не безграничны, и при дальнейшем устойчивом понижении температуры среды возникает риск различных нарушений в функционировании организма, развиваются симптомы гипотермии (переохлаждения), появляется дискомфорт, чувство «замерзания». Поэтому когда температурные условия выходят за определенные границы, собственных возможностей организма становится недостаточно, и человеку требуется посторонняя помощь. Одним из главных помощников человека в обеспечении температурного комфорта является одежда. Как именно она помогает, читайте в материале «Кто согревает теплую одежду».

Резюме:

Способность человека поддерживать стабильное состояние организма при изменениях окружающей среды называется гомеостазом.

Человек — существо теплокровное и нормально функционирует лишь при внутренней температуре 37 ºС и внешней 27 ºС.

При изменении этих температур в ту или иную сторону включаются механизмы естественной терморегуляции человеческого организма, усиливающие или, наоборот, ослабляющие теплообмен.

Возможности естественной терморегуляции ограниченны, и при значительном изменении температуры окружающей среды человек может столкнуться с проблемами переохлаждения или перегрева.

• Одежда является одним из основных способов обеспечения температурного комфорта в условиях широкого диапазона температур окружающей среды.

В соответствии с законами термодинамики процессы обмена веществ и энергии связаны с выработкой тепла. У одних животных (и человека) температура тела сохранятся на постоянном уровне, который значительно превышает температуру среды благодаря интенсивной выработке тепла, управляемой специальными регуляторными механизмами. Это - гомойотермные (теплокровные ) организмы. Для другой группы животных (рыбы, земноводные) характерна значительно более низкая интенсивность теплопродукции, температура их тела лишь незначительно превышает температуру среды и претерпевает те же колебания (пойкилотермные, холоднокровные животные).

Выработка тепла и температура тела. Все химические реакции в организме зависят от температуры. У пойкилотермных интенсивность энергетических процессов возрастает пропорционально внешней температуре в соответствии с правилом Ван-Гоффа. У гомойотермных это правило замаскировано другим эффектом (регуляторным термогенезом) и проявляется лишь при блокаде терморегуляции (наркоз, повреждение НС). Даже после блокады регуляторного компонента сохраняются значительные количественные различия между обменными процессами у холоднокровных и теплокровных: при одной и той же температуре тела интенсивность обмена энергии на единицу массы тела у теплокровных в 3 раза больше. Наркоз совместно со снижением температуры тела может вызвать заметное снижение степени потребления кислорода и задержку процессов тканевого разрушения - это используется в хирургии.

Теплопродукция и размеры тела. Температура тела у большинства теплокровных лежит в диапазоне 36-39о С, несмотря на значительные различия в массе и размерах. В противоположность этому интенсивность метаболизма (М) находится в степенной зависимости от массы тела (m): M = km 0,75 . Коэффициент k примерно одинаков и для мыши и для слона. Этот закон зависимости обмена веществ от массы тела отражает тенденцию к установлению соответствия между теплопродукцией и интенсивностью теплоотдачи в среду. Потери тепла на единицу массы тем больше, чем больше соотношение между поверхностью и объемом тела, причем это соотношение уменьшается с увеличением размера тела. Кроме того, у мелких животных изолирующий слой тела более тонкий. Если расставить по убывающей интенсивности обменных процессов некоторых животных в ряд, то получиться следующее: мышь, кролик, собака, человек, слон.

Терморегуляторный термогенез . В том случае, когда для поддержания температуры тела необходимо дополнительное тепло, оно может быть выработано следующими способами:

1. Произвольной активностью мышечного аппарата.

2. Непроизвольной тонической или ритмической (дрожь) активностью. Эти два пути носят название сократительного термогенеза.

3. Ускорение обменных процессов, не связанных с сокращением мышц (не сократи-

тельный термогенез).

У взрослого человека дрожь является наиболее значительным непроизвольным проявлением механизмов термогенеза. У новорожденного ребенка большее значение имеет не сократительный термогенез (сгорание в "метаболическом котле" бурого жира). Скопления бурого жира с большим числом митохондрий находится между лопатками, в подмышечной впадине. Его температура при охлаждении организма увеличивается, усиливается кровоток. За счет повышения термогенеза температура тела удерживается на постоянном уровне.

Факторы окружающей среды и температурный комфорт. Влияние температур среды на организм зависит по крайней мере от четырех физических факторов: температуры воздуха, влажности, температуры излучения и скорости движения воздуха (ветер). Этими факторами определяется, ощущает ли человек "температурный комфорт" или ему жарко или холодно. Условие комфорта состоит том, что организм не нуждается в работе механизмов терморегуляции: ему не требуется ни дрожи, ни выделения пота, а кровоток в периферических областях сохраняет среднюю скорость. Это т.н. термонейтральная зона.

Указанные четыре фактора в определенной мере взаимозаменяемы.

Значение температуры комфорта для легко одетого (рубашка, трусы, длинные хлопковые брюки) сидячего человека равно 25-26 о С при влажности 50% и равенстве температуры воздуха и стен. Для обнаженного = 28 о С. В условиях температурного комфорта средняя температура кожи = 34 o С. По мере выполнения физической работы температур комфорта падает. Для легкой кабинетной работы она равна 22 o С.

Дискомфорт возрастает с увеличением средней температуры и влажности кожи (части поверхности тела, покрытой потом).

Теплоотдача .

1. Внутренний поток тепла. Менее половины всего тепла, выработанного внутри тела, распространяется к поверхности за счет проведения через ткани. Большая часть идет путем конвекции в кровоток. Кровь имеет высокую теплоемкость. Кровоток конечностей организован по принципу поворотно-противоточного механизма, что облегчает теплообмен между сосудами.

2. Наружный поток тепла . Отдача тепла наружу осуществляется путем проведения, конвекции, излучения и испарения. Перенос тепла проведением - когда тело контактирует с плотным субстратом. Когда контакт тела происходит с воздухом - конвекция, излучение или испарение. Если кожа теплее воздуха, прилегающий слой его нагревается и уходит вверх, замещаясь более холодным воздухом. Форсированная конвекция (обдув) значительно усиливает интенсивность теплоотдачи. Излучение происходит в виде длинно волнового инфракрасного излучения. Около 20% теплоотдачи тела человека в нейтральных температурных условиях осуществляется за счет испарения воды с кожи и слизистых дыхательных путей.

Влияние одежды - с точки зрения физиологии она является формой теплового сопротивления или изоляции. Эффективность одежды обусловлена мельчайшими объемами воздуха в структуре ткани или в ворсе, куда не проникают наружные потоки. В этом случае тепло переносится только проведением, а воздух - плохой проводник тепла.

Температура тела и тепловой баланс . Если необходимо поддерживать температуру тела постоянной, должно быть достигнуто устойчивое равновесие между теплопродукцией и теплоотдачей. При понижении температуры среды постоянство температуры тела может поддерживаться только в том случае, если регуляторные механизмы обеспечивают усиление термогенеза пропорционально потерям тепла. Самая высокая выработка тепла, обеспечиваемая этими механизмами у людей, соответствует 3-5 основным обменам. Этот показатель характеризует нижнюю границу диапазона терморегуляции (0-5 о С во внешней среде для взрослых, 23 о С для новорожденных). В случае выхода за эту границу развивается гипотермия и холодовая смерть.

Когда Т о среды повышается, температурное равновесие сохраняется за счет снижения обмена, за счет дополнительных механизмов теплоотдачи. Верхняя граница диапазона терморегуляции определяется механизмами интенсивного выделения пота, которое увеличивается на 60% при 100% влажности кожи и может достигать 4 л/час.

При повышении Т о среды сосуды кожи расширяются, возрастает общее количество циркулирующей крови за счет ее выхода из депо, за счет поступления воды из тканей. Это способствует росту теплоотдачи. Но главное все же испарение. Среднее теплообразование в сутки при активной деятельности составляет около 2500-2800 ккал. Для поддержания Т о тела на постоянном уровне в этих условиях необходимо испарить 4,5 л воды. При тяжелой мышечной работе - до 12 л. в день. Испарение воды зависит от относительной влажности воздуха в помещении и невозможно при 100% влажности. Поэтому высокая влажность при высокой температуре переносится плохо. При этом пот не испаряется, а стекает с кожи. Такое потоотделение не способствует отдаче тепла. Плохо переносится и непроницаемая для воздуха одежда (кожа, резина), так как она препятствует испарению. В совершенно сухом воздухе человек не перегревается за 2-3 часа при Т 55 о С.

Температура тела человека . Тепло, вырабатываемое в организме, отдается в окружающее пространство поверхностью тела. Поэтому Т о поверхности меньше Т о ядра тела, а Т о дистальной части конечностей меньше, чем проксимальной. В связи с этим пространственное распределение температуры тела имеет сложную трехмерную форму. Например, когда легко одетый взрослый человек находится в помещении с Т о воздуха 20 о С, в глубоких мышцах его бедра температура равна 35 о, в икроножной мышце - 33 о, на стопе - 27 о, в rectum -37 о С.

Колебания Т о тела при изменениях внешней температуры выражены больше вблизи поверхности тела и в концевых частях конечностей. Есть "гомойотермная сердцевина" и "пойкилотермная оболочка".

Внутренняя температура тела сама по себе не является постоянной ни в пространственном, ни во временном отношении. Различия составляют 0,2-1,2 о C. Даже в мозгу Т о центра и коры отличается на 1 о. Как правило, наиболее высокая Т о отмечается в прямой кишке (а не в печени, как это было принято считать раньше!). В связи с этим невозможно выразить Т о тела одним числом. Для практики достаточно найти определенный участок, Т о в котором может рассматриваться как репрезентативная для всего внутреннего слоя. Для клинических измерений нужен легкодоступный участок с незначительными пространственными колебаниями температуры. В этом смысле предпочтительнее использовать ректальную температуру. Специальный ректальный термометр вводится в этом случае на 10-15 см. В норме она составляет 37 о С.

Оральная температура (подъязычная) также используется в клинике. Обычно она на 0,2-0,5 о меньше ректальной.

Подмышечная температура (чаще используется России) - равна 36,5-36,6 о. Может служить показателем внутренней температуры тела, поскольку, когда рука плотно прижата к грудной клетке, температурный градиент смещается так, что граница ядра тела доходит до подмышечной впадины. Однако при этом надо ждать довольно долго (10 мин), пока в этих участках не накопится достаточно тепла. Если поверхностные ткани были первоначально холодными в условиях низкой окружающей температуры и в них произошло сужение сосудов, то для установления соответствующего равновесия в этих тканях должно пройти около получаса.

Периодические колебания внутренней температуры . В течение дня минимальная температура у человека наблюдается в предутренние часы, а максимальная - днем. Амплитуда колебаний составляет 1 о С. Суточная (циркадная) ритмика основана на энергетическом механизме (биологические часы), который обычно синхронизирован с вращением земли. В условиях путешествия, связанного с пересечением земных меридианов, требуется 1-2 недели, для того чтобы температурный режим пришел в соответствие с условиями нового местного времени. На циркадные ритмы накладываются другие (menses у женщин и т.д.).

Температура в условиях физической нагрузки может повышаться на 2 о С или больше в зависимости от интенсивности нагрузки. При этом средняя кожная температура снижается, так как благодаря работе мышц выделяется пот, который охлаждает кожу. Ректальная температура при работе может достигать 41 о (у марафонцев).

Кровеносные сосуды кожи могут реагировать непосредственно на изменения Т - т.н. холодовое расширение, что обусловлено локальной термочувствительностью мускулатуры сосудов. Холодовое расширение сосудов наблюдается обычно в виде следующей реакции. Когда человек попадает на сильный холод, сначала у него возникает максимальное сужение сосудов, которое проявляется в бледности и ощущении холода в открытых областях. Однако через некоторое время кровь внезапно устремляется в сосуды охлажденных частей тела, что сопровождается покраснением и потеплением кожи. Если воздействие холода продолжается, события периодически повторяются.

Считается, что холодовое расширение сосудов является защитным механизмом, предотвращающим обморожение, особенно у людей, адаптированных к холоду. Вместе с тем этот механизм может укорить летальный исход общего переохлаждения у тех, кто вынужден плавать в холодной воде в течение продолжительного времени.

Когда роль окружающей среды играет вода, то так как она обладает большей теплопроводностью и теплоемкостью, чем воздух, то от тела путем конвекции отводится больше тепла. Если вода находится в движении, то тепло отнимается так быстро, что при окружающей температуре +10 о С даже сильная физическая работа не позволяет поддерживать тепловое равновесие, и возникает гипотермия. Если тело находится в полном покое, то для достижения температурного комфорта Т о воды должна быть 35-36 о. Нижний предел термонейтральной зоны зависит от толщины жировой ткани.

Механизмы терморегуляции . Терморегуляционные реакции - это рефлексы, осуществляющиеся центральной нервной системой. Они возникают в ответ на раздражения терморецепторов на периферии и в самой ЦНС. Есть два вида терморецепторов - одни воспринимают тепло (тепловые рецепторы), другие - холод (холодовые рецепторы). Те и другие реагируют возникновением вспышки импульсов в ответ на адекватное раздражение (соответствующее изменение температуры среды), причем имеет значение скорость изменения температуры и величина раздражителя (разность исходной и новой температуры в тканях).

Температурные рецепторы в ЦНС находятся в преоптической зоне передней части гипоталамуса, в ретикулярной формации среднего мозга и в спинном мозге. Наличие таких рецепторов доказывается появлением дрожи у собаки при охлаждении денервированной конечности. Локальное охлаждение разных участков мозга вызывает вспышки импульсов.

Центры терморегуляции расположены в гипоталамусе. Разрушение его делает животное пойкилотермным. Удаление других участков мозга не отражается заметно на процессах теплообразования и теплоотдачи. Есть свои ядра для теплоотдачи и теплопродукции. Показано, что процессы физической терморегуляции регулирует в основном передний гипоталамус, химическую - каудальные ядра. Оба центра находятся в сложных реципрокных отношениях.

В качестве исполнительных механизмов функциональной системы поддержания постоянной температуры тела (ФСТ) выступают все те органы, которые могут обеспечить два взаимно уравновешенных в норме процесса теплопродукции и теплоотдачи, а также специальное адаптивное поведение.

В регуляции температуры участвует и эндокринная система. Так, тироксин повышает интенсивность метаболизма, усиливая теплопродукцию. Адреналин суживает кровеносные сосуды, сохраняя температуру ядра тела.

Онтогенез терморегуляции . У незрелорождающих животных новорожденные не способны к терморегуляции и являются фактически пойкилотермными (суслики, хомяки и пр.). У других животных и у человека все теморегуляционные реакции (усиленный термогенез, вазомоторика, пот, поведение) могут быть включены сразу после рождения в той или иной мере. Это относится даже у недоношенным детям весом около 1000 г. Широко распространено мнение, что у новорожденных недозрелый гипоталамус, ответственный за терморегуляцию. Однако новорожденный обеспечивает свои потребности за счет не сократительного термогенеза. Выработка тепла у детей повышается на 200% без дрожи.

Малый размер новорожденного является недостатком с точки зрения терморегуляции. Соотношение между поверхностью и объемом тела у них в 3 раза больше взрослого, мал жировой слой. Поэтому в расчете на единицу массы тепла у детей вырабатывается в 4-5 раз больше. Верхняя граница термонейтральной зоны новорожденных составляет 32-34 о, нижняя граница - 23 о С. В пределах этого ограниченного диапазона новорожденный способен поддерживать постоянство своей температуры.

Тепловая адаптация . Наиболее важной особенностью, которая возникает в течение тепловой адаптации, является изменение интенсивности выделения пота, которая может увеличиваться 3 раза и достигать в течение коротких периодов 4 л/час. В ходе адаптации к высоким температурам содержание электролитов в поте значительно снижется, чтобы избежать потери солей.

Одним из основных адаптивных изменений является усиление чувства жажды при данном уровне потери воды по мере развития тепловой адаптации. Это необходимо для поддержания водного баланса.

Кроме того, пороговые температуры соответствующих сосудодвигательных реакций и потовыделения изменяются в разных направлениях в зависимости от того, острое, хроническое, умеренное или сильное тепловое воздействие. Так, через 4-6 дней после ежедневного 2-х часового теплового стресса с максимальным выделением пота (сауна) реакции выделения пота и расширения сосудов возникают при внутренних температурах, на 0,5 о ниже, чем прежде. Биологическое значение порогового сдвига заключается в том, что благодаря адаптации температура тела при данной тепловой нагрузке снижается, так что организм оказывается защищенным от критического усиления ЧСС и кровотока - реакций, которые могут приводить к тепловым обморокам.

В противоположность этому, у лиц, длительно живущих в тропиках (хронический умеренный тепловой сдвиг), внутренняя температура в покое больше, и реакции выделения пота и расширения сосудов начинаются при температуре тела на 0,5 о выше, чем в умеренном климате. Этот тип тепловой адаптации называется адаптивной выносливостью.

Гипертермия . Гипертермия наступает при повышении температуры в подмышечной впадине более 37 о С.Предельная температура тела для выживания + 42 о С (очень коротко 43 о). При этом все терморегуляционные процессы крайне напряжены. В условиях продолжительного теплового стресса при температуре более 40-41 о возникают тяжелые поражения головного мозга - "тепловой или солнечный удар". Тепловой обморок при относительно легком перегревании у людей с нарушением функций сердечно-сосудистой системы больше зависит от недостаточности кровообращения, нежели от механизмов терморегуляции.

Лихорадка . Жар развивается в результате усиленной выработки тепла с помощью дрожи и максимального сужения сосудов в периферических частях тела, т.е. организм ведет себя как при низкой температуре внешней среды. В период восстановления идет противоположный процесс - с помощью выделения пота и расширения сосудов температура тела падает так же, как когда у человека жар. При этом человек может правильно реагировать на истинные изменения внешней температуры. Механизм появления лихорадочной реакции связан с выделением лейкоцитарных и бактериальных пирогенов на центральные аппараты терморегуляции.

Холодовая адаптация . Мех, жировой слой, бурый жир - все это виды механизмов адаптации к холоду у разных животных. Взрослому человеку эти механизмы не свойственны, поэтому часто можно слышать мнение, что взрослые люди не способны к какой-нибудь физиологической адаптации к холоду, они должны рассчитывать лишь на поведенческую адаптацию (одежда и теплые жилища). При этом говорится, что человек - это "тропическое существо", которое может выжить в Арктике только благодаря своей цивилизованности.

Однако, показано, что в случаях продолжительного воздействия холода у людей развивается толерантность (выносливость) к холоду. Порог развития дрожи и изменения обменных терморегуляционных реакций смещается в сторону более низких температур. При этом может возникать даже умеренная гипотермия. Подобная толерантность замечается у аборигенов Австралии, которые могут провести целую ночь почти голыми без дрожи при температуре среды около 0 о С, а также у японских ныряльщиц, которые в течение нескольких часов находятся в воде около 10 о С. Это же относится и к нашим "моржам".

Показано, что порог дрожи может быть сдвинут в сторону более низких температур всего за несколько дней, в течение которых испытуемых подвергали повторяющемуся холодовому стрессу. При длительном воздействии (эскимосы, жители Патагонии) повышается интенсивность основного обмена на 25-50% - это метаболическая адаптация.

Локальная адаптация . Если руки тепло одетого человека регулярно подвергаются охлаждению, то болевые ощущения в руках уменьшаются. Это обусловлено тем, что холодовое расширение сосудов возникает при более высокой комнатой температуре.

Гипотермия. Состояние гипотермии наступает, когда Т подмышки падает ниже 35о. Быстрее это происходит при погружении в холодную воду. При этом наблюдается состояние, подобное наркозу - исчезновение чувствительности, ослабление рефлекторных реакций, снижение возбудимости ЦНС, интенсивности обмена, замедление дыхания и ЧСС, падение АД. На этом основано применение искусственной гипотермии, которая снижает потребность мозга в кислороде, становится переносимым более длительное обескровливание при операциях на сердце и крупных сосудах. Сейчас известны случаи отключения сердцу при гипотермии на 40-60 мин (Верещагин). Гипотермию прекращают быстрым согреванием тела. Искусственная гипотермия проводится при выключении механизмов терморегуляции.

В старости гипотермия развивается за счет перерегулирования температурных реакций - в норме Т о тела достигает 35 о (феномен, противоположный лихорадке).

Снижение температуры тела до 26-28 о вызывает смерть от фибрилляции сердца.