Регуляция температуры тела в организме человека

Человек производит тепло и его отводит. Тепло может покинуть тело благодаря одному из 4-х механизмов: проведению, конвекции, радиации и испарению. Могут ли эти реакции усилить друг друга? Что происходит когда достигнут их предел? Что происходит с организмом в экстремальных температурных условиях?

Термогенез и терморассеивание · Перераспределение и отдача тепла · Реакции сохранения тепла в холод

ТЕМА

Термогенез и терморассеивание

Человек не только производит тепло, но и активно отдает его в окружающую среду. Холод — это недостаток тепла, а температура тела, это степень его нагревания.

Чем энергичнее и сильнее происходит в теле процесс производства энергии, тем больше чувствует человек тепло. Чем больше производится собственной теплоты в организме, тем лучше и здоровее чувствует себя человек. И наоборот, падение температуры тела, и ухудшение самочувствия в холодную погоду, означает, что человек нуждается в увеличении запаса собственного тепла — более энергичном обмене веществ, или в большем количестве внешней теплоты.

Таким образом, температура тела — это соотношение скорости метаболической теплопродукции клеток и скорости рассеивания образующейся тепловой энергии в окружающую среду. Благодаря этим процессам теплообразования и теплоотдачи, организм быстро и точно приспосабливается к поддержанию высокого уровня обмена веществ и влиянию различных метеорологических факторов, грозящих истощением энергетических резервов.

Рис. 1. Механизм регуляции температуры тела.

Механизм регуляции температуры тела

Человек не только производит тепло, но и активно отдает его в окружающую среду. Нарушение соотношения термогенеза и терморассеивания может привести к изменению температуры тела. 

Внутренние причины охлаждения связаны со снижением обмена веществ и увеличением теплоотдачи. Внешние с температурой окружающей среды или одежды (например, мокрые ботинки или бельё). Перегрев связан с затруднением теплоотдачи.

ТЕРМОГЕНЕЗ

Перераспределение и отдача тепла

Ежесекундно в организме идут биохимические реакции в 100 триллионах клеток. За час в теле человека образуется столько тепла, сколько нужно для кипячения 1 литра ледяной воды. Если бы тело было непроницаемым для тепла футляром, то уже через час температура тела поднялась бы примерно на 1,5 °С, а точка кипения наступила бы через 40 часов.

Известны случаи, когда люди выживали в условиях высокой внешней температуры, при которых даже закипала вода. Это благодаря регуляционным реакциям «системы охлаждения». Во имя сохранения постоянной температуры тела, организм регулирует отдачу тепла во внешнюю среду различными механизмами, перемещая и выводя его за пределы организма.

Сначала тепло из глубины тела (ядра) перемещается кровью к коже. При повышении температуры крови и кожи гипоталамус направляет сигналы в гладкие мышцы артериол, которые снабжают кровью кожу, вызывая их расширение.

Здоровые сосуды – гибкие, могут сужаться и расширяться. Вследствие этих сосудодвигательных (вазомоторных) реакций кровоток может варьировать в очень широких пределах – от 20 мл до 3 литров в минуту во всей массе кожи. кровоснабжение кожи усиливается. При максимально выраженном сужении сосудистого русла теплопотери могут снизиться на 70%, при максимальном расширении – возрасти на 90%.

В жаркие дни тело отдает тепло окружающему нагретому воздуху медленно. В ответ организм расширяет просвет мелких кровяных сосудов. Это происходит из за расслабления крошечных гладкомышечных клеток в стенках кровеносных сосудов (подробнее здесь). Расширенные сосуды пропускают больше крови, поэтому в окружающую среду выводится больше тепла. Это компенсирует его более медленную потерю. Поэтому лицо человека краснеет в жаркий день, или после напряженной работы, или физических упражнений, когда производимое мышцами количество тепла превосходит обычное.

С другой стороны, когда температура воздуха опускается ниже обычной и происходит повышенная потеря тепла, организм наоборот сокращает мышцы мелких сосудов, что приводит к их сужению. Таким образом, поступление крови к коже снижается, и потеря тепла уменьшается. Поэтому мы и синеем от холода.

Когда кровь поглощает тепло, выделяющееся в ходе химических реакций, которые протекают в печени или работающих мышцах, ее температура повышается медленнее, чем это происходило бы, будь в составе крови не вода, а какая нибудь другая жидкость. Когда, поступая к коже, кровь отдает тепло, то теплоотдача тоже происходит медленно. Необычайно высокая удельная теплоемкость воды помогает крови более эффективно уравнивать температуру. [ 1 ]

Наряду с кровообращением важная роль в физической терморегуляции принадлежит потоотделению, поэтому особая функция теплоотдачи принадлежит коже – здесь происходит остывание нагретой в мышцах или в «ядре» крови, здесь реализуются механизмы потообразования и потоотделения.

От кожи тепло может выйти из тела в окружающую среду благодаря одному из 4-х механизмов: проведению, конвекции, радиации и испарению. Эти реакции способны усиливать друг друга.

  • Проведение

Теплопроведение представляет собой передачу тепла от одного объекта к другому вследствие прямого молекулярного контакта. Тепло из ядра тела, легко передается через соседние ткани (от нагретых тел к холодным) до тех пор, пока не достигнет поверхности тела. Затем может передаваться одежде или окружающему воздуху.

Кровь во время циркуляции уравнивает разницу температур в органах и ткани. Она передает или поглощает тепло, проходя через активные органы, например печень, затем, проникая в более холодные ткани, такие, как кожа, кровь отдает им тепло.

  • Конвекция

1/3 всего отдаваемого тепла уходит путем конвекции, то есть путем нагревания протекающего мимо человека воздуха или жидкости. В «комфортных» условиях раздетый человек отдает до 45% тепловой энергии с помощью конвекции.

Воздух вокруг нас находится в постоянном движении. Циркулируя вокруг нашего тела, касаясь поверхности кожи, воздух или вода, уносит молекулы, получившие тепло в результате контакта с кожей. В воздушной среде даже в условиях покоя на теплоотдачу конвекцией приходится до 30% потерь тепла. Чем сильнее движение потоков (или человека), тем выше интенсивность теплоотдачи вследствие конвекции.

  • Радиация

В состоянии покоя излучение радиации – основной процесс передачи избыточного количества тепла тела. При нормальной комнатной температуре тело обнаженного человека передаёт около 60% лишнего тепла посредством радиации. Тепло передаётся в форме инфракрасных лучей.

  • Испарение

Испарение влаги с кожи и поверхности легких также эффективный путь теплоотдачи.

В условиях «комфорта» до 25% тепла у нас уходит за счет испарения влаги с поверхности тела или (и) верхних дыхательных путей. При испарении влаги расходуется тепло, поэтому организм активно использует это для сохранения теплового баланса.

При повышении температуры кожи или крови гипоталамус посылает в потовые железы импульсы о необходимости активного выделения пота, увлажняющего кожу. Его испарение забирает тепло с поверхности кожи.

Чем выше температура тела, тем активнее процесс потения, особенно если температура окружающей среды приближается к температуре тела. Когда пот достигает поверхности кожи, то под действием тепла кожи он переходит из жидкого состояния в газообразное. Это эффективный механизм теплоотдачи.

Если температура окружающей среды равна 20 °C, то теплообмен идет нормально. Если же температура воздуха значительно выше, отдача тепла путем излучения и конвекции затрудняется, увеличивается отдача тепла за счет испарения. У человека наступает усиленное потовыделение и тягостное ощущение жары.

Если пот не успевает испариться, его капельки собираются на коже. В жаркий и влажный день испарение настолько замедляется, что капельки пота образуются на коже, даже если мы находимся в неподвижном состоянии.

В сухом раскаленном воздухе потоотделение усиливается, и испаряющаяся с поверхности тела жидкость охлаждает кожу быстрее, чем тепло успевает образоваться в организме. В холодное время потовые железы не активны.

Испарение, это основной процесс рассеяния тепла при выполнении физических упражнений – при мышечной деятельности за счёт испарения организм теряет около 80% тепла. С 1 граммом пота уносится 0,6 ккал энергии. Общий объем теряемого с потом тепла подсчитать нетрудно, если взять, например, условия интенсивной мышечной деятельности за восьмичасовой рабочий день, при которых человек может отдать до 10 – 12 л жидкости.

Если человек еще и находится в закрытом помещении, к ощущению жары прибавляется ощущение духоты, так как количество кислорода в воздухе постепенно уменьшается, а количество углекислого газа увеличивается (выдыхаемый человеком воздух содержит углекислого газа в 100 раз больше, чем вдыхаемый). [ 2 ]

ХОЛОД

Реакции сохранения тепла в холод

Приспособление к холоду — наиболее труднодостижимый и быстро утрачиваемый без специальных тренировок вид климатической адаптации человека. Нам нужно жильё, очаг, одежда... В холодной температуре у нас автоматически срабатывает первая реакция на холод — сужение сосудов кожи и легочных альвеол; дыхание становится менее глубоким и частым.

Сужение сосудов приводит к снижению температуры кожи, но когда эта температура достигает 6 С и возникает угроза холодовой травмы, развивается обратный механизм – реактивная гиперемия кожи. При сильном охлаждении может возникнуть стойкое сужение сосудов в виде их спазма. В этом случае появляется сигнал неблагополучия – боль.

Снижение температуры кожи кистей рук до 27 º С связано с ощущением «холодно», при температуре, меньшей 20 º С — «очень холодно», при температуре меньше 15 º С - «невыносимо холодно».

При воздействии холода сосудосуживающие (вазомоторные) реакции возникают не только на охлажденных участках кожи, но и в отдаленных областях организма, в том числе во внутренних органах. Особенно выражены отраженные реакции при охлаждении стоп — реакции слизистой носа, органов дыхания, внутренних половых органов.

Сужение сосудов при этом вызывает снижение температуры соответствующих областей тела и внутренних органов с активизацией микробной флоры. Именно этот механизм лежит в основе так называемых «простудных» заболеваний с развитием воспаления в органах дыхания (пневмонии, бронхиты), мочевыделения (пиелиты, нефриты), половой сферы (аднекситы, простатиты) и т.д.

Если реакций физической терморегуляции недостаточно для поддержания нормальной температуры, подключаются «химические» механизмы — повышается мышечный тонус, появляется мышечная дрожь, что приводит к усилению потребления кислорода и увеличению теплопродукции.

Холод также вызывает дрожь, при этом повышение мышечной активности приводит к выработке дополнительного тепла; на холоде возникает «гусиная кожа», когда поднимаются до этого бесполезные маленькие волоски, и организм таким образом пытается удержать у своей поверхности более толстый слой воздуха.

В условиях низкой температуры воздуха терморецепторы кожи посылают сигналы в гипоталамус. Точно так же при снижении температуры крови изменение фиксируют центральные рецепторы гипоталамуса. В ответ на полученную информацию гипоталамус активирует мозговые центры, регулирующие мышечный тонус. Эти центры стимулируют процесс дрожания, который представляет собой быстрый цикл непроизвольных сокращений и расслаблений скелетных мышц. В результате такой повышенной мышечной активности образуется больше тепла для сохранения или повышения температуры тела.

Одновременно с дрожью возрастает работа сердца, повышается кровяное давление и скорость кровотока в мышцах.

Интересно, что клетки тела могут повышать интенсивность своего метаболизма под действием ряда гормонов. Это влияет на тепловой баланс, поскольку усиление метаболизма вызывает увеличение образования энергии. Охлаждение тела стимулирует выделение тироксина из щитовидной железы. Тироксин может повышать интенсивность метаболизма в организме более чем на 100%.

Температура воздуха в 2 °С считается пределом компенсаторных возможностей организма поддерживать теплобаланс на стабильном уровне длительное время. При температуре тела 35 ºС наблюдается нарушение психики. Дальнейшее понижение температуры замедляет кровообращение, обмен веществ, дыхание, и в конце концов наступает гибель организма.

Адаптация к холоду

При многократных контактах с холодом, локальных и общих, у человека вырабатываются защитные механизмы, направленные на предотвращение неблагоприятных последствий холодовых воздействий.

В процессе акклиматизации повышается устойчивость к возникновению отморожений (частота отморожений у акклиматизированных к холоду лиц в 6 – 7 раз ниже, чем у неакклиматизированных). При этом, в первую очередь, происходит совершенствование сосудодвигательных механизмов. У лиц, длительно подвергающихся действию холода повышается основной обмен на 10 – 15%. У эскимосов это превышение достигает 15 – 30% и закреплено генетически.

Одним из факторов интенсификации энергетических процессов является липидный обмен. Например, полярные исследователи, у которых в условиях низкой температуры воздуха замедляется обмен веществ, учитывают необходимость компенсировать энергетические затраты. Их рационы отличаются

У жителей северных районов более интенсивный обмен веществ за счет рациона питания, более высокой энергетической ценности (калорийности). Основную массу их рациона составляют белки и жиры. Поэтому в их крови содержание жирных кислот повышено, а уровень сахара несколько понижен.

У людей, приспосабливающихся к влажному, холодному климату и кислородной недостаточности Севера, также повышенный газообмен, высокое содержание холестерина в сыворотке крови и минерализация костей скелета, более утолщенный слой подкожного жира (выполняющего функцию теплоизолятора).

Однако не все люди в одинаковой степени способны к адаптации. В частности, у некоторых людей в условиях Севера защитные механизмы и адаптивная перестройка организма могут вызвать дезадаптацию — целый ряд патологических изменений, называемых «полярной болезнью».

###

GO

Это все ясно, но почему я постоянно мерзну? Этому вопросу мы и посвятим следующую статью. 

ПРОДОЛЖИТЬ ЧТЕНИЕ

Используемые в статье источники:

1 ] Айзек Азимов «Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий»: Центрполиграф; Москва; 2004 ISBN 5-9524-0974-1

2 ] Медведовский В. Кислород. / Издательство Детгиз, Москва. 1953

Поиск по тегам: 

На Главную