Механизмы терморегуляции человека

Ареал проживания человека распространяется от полюсовых зон, где температура воздуха порой достигает -86 °C, до экваториальных саванн и пустынь, в наиболее жарких участках которых она приближается к +50 °C в тени! Тем не менее в таком широком диапазоне температур человек сохраняет активную жизнеспособность и достаточную работоспособность благодаря своей термостабильности, когда температура тела колеблется в относительно узких границах – от 36 до 37 °C.

Томойотермия – постоянство температуры тела – делает человека независимым от температурных условий проживания, так как обеспечивающие его жизнедеятельность биохимические реакции продолжают осуществляться на оптимальном уровне благодаря сохранению адекватной активности обеспечивающих их тканевых ферментов и витаминов. Смещение же температуры тела в ту или иную сторону резко меняет активность этих веществ, причем в разной степени для каждого из них – в результате наступает разобщение в активности протекания отдельных сторон обмена веществ. У животных пойкилотермных, холоднокровных температура тела повышается или понижается вместе с окружающей температурой, и активность их тканевых ферментов как биологических катализаторов меняется вместе с изменением внешних тепловых условий. Вот почему при снижении температуры степень проявления их жизнедеятельности снижается вплоть до полной остановки – анабиоз, а при очень высокой – либо наступает смерть, либо высушивание, которое у некоторых из пойкилотермов является также разновидностью анабиоза^[54].

Способность сохранять неизменной температуру тела при различных условиях существования обусловлена сложной системой терморегуляции, обеспечивающей уменьшение выработки тепла и активную его отдачу при опасности перегревания и активизацию термогенеза при ограничении отдачи тепла – при опасности переохлаждения.

В России из всех случаев временной утраты трудоспособности более 40 % приходится на простудные заболевания, что дает основание обывателю считать систему терморегуляции несовершенной. Однако есть много фактов, указывающих на высокую природную устойчивость человека к действию низких температур^[55]. Поэтому правильнее говорить не о несовершенстве механизмов терморегуляции, а об их нарушениях условиями жизни современного человека.

В то время как большинство функций жизнедеятельности – кровообращение, дыхание, пищеварение и др. – имеют какой-либо специальный структурно-функциональный аппарат, терморегуляция его не имеет, а является функцией всего организма в целом. И.П. Павлов считал, что организм теплокровного можно представить в виде относительно термостабильного «ядра» и имеющей большой разброс температур «оболочки». Ядро, температура которого у человека колеблется в пределах 36,8 – 37,5 °C, включает преимущественно жизненно важные внутренние органы: сердце, печень, желудок, кишечник и т. д. Особенно следует отметить роль печени, имеющей относительно высокую температуру – выше 37,5 °C, и толстого кишечника, микрофлора которого в процессе своей жизнедеятельности вырабатывает до 40 % всего необходимого организму тепла. Термолабильную оболочку составляют конечности, кожа и подкожные ткани, мышцы и т. д. Температура различных участков оболочки колеблется в широких пределах. Так, температура пальцев ног составляет около 24 °C, голеностопного сустава – 30–31 °C, кончика носа – 25 °C, подмышечной впадины и прямой кишки – 36,5 – 36,9 °C и т. д. Однако температура оболочки в зависимости от конкретных условий жизнедеятельности очень подвижна, поэтому и толщина оболочки может меняться от очень тонкой при жаре до очень мощной, сжимающей ядро – при холоде. Такие взаимоотношения ядра и оболочки обусловлены тем, что первая преимущественно производит тепло (в покое), а вторая – должна обеспечивать сохранение этого тепла. Вот почему у закаленных людей оболочка на холоде быстро и надежно обволакивает ядро, сохраняя термостабильность жизненно важных органов и систем, а у незакаленных она и в этих условиях остается тонкой, создавая угрозу переохлаждения ядра (так, при снижении температуры легких всего лишь на 0,5 °C возникает угроза пневмонии).

Термостабильность организма обеспечивается в основном двумя взаимодополняющими механизмами регуляции – физическим и химическим.

Физическая терморегуляция преимущественно активизируется при опасности перегревания и заключается в отдаче тепла в окружающую среду. Она включает все возможные механизмы теплоотдачи: теплоизлучение, теплообмен, конвекцию и испарение. При этом эффективность теплоотдачи определяется теплопроводностью и теплоемкостью внешней среды: например, в соответствующих температурах эти показатели для воды в 20–27 раз выше, чем воздуха. Отсюда становится понятным, почему термокомфортная температура воздуха для человека составляет около 18 °C, а воды – 34 °C. Особенно эффективна теплоотдача за счет испарения пота: при испарении с поверхности тела 1 мл пота организм теряет 0,56 ккал тепла. Если учесть, что взрослый человек вырабатывает в сутки даже в условиях низкой двигательной активности около 800 мл пота, то становится понятной эффективность этого способа.

В различных условиях жизнедеятельности соотношение потерь тепла тем или иным способом заметно меняется. Так, в покое и при оптимальной температуре воздуха 31 % образующегося тепла теряется проведением, 44 % – излучением, 22 % – испарением и 3 % – конвекцией. При сильном ветре возрастает роль конвекции, при повышении влажности воздуха – проведения, а при усиленной работе – испарения (например, при напряженной двигательной активности испарения пота порой достигают 3–4 литров в час!).

Эффективность теплоотдачи организма исключительно высока. Биофизические расчеты показывают, что нарушение этих механизмов даже у находящегося в покое человека привело бы к повышению температуры его тела в течение первого часа до 37,5 °C, а через 6 часов – до 46–48 °C, когда начинается необратимое разрушение белковых структур.

Химическая терморегуляция приобретает особое значение при опасности переохлаждения организма. Потеря человеком относительно животных шерстяного покрова сделала его особенно чувствительным к действию низких температур, но совершенствование механизмов адаптации к холоду привело к тому, что снижение температуры тела человек переносит гораздо легче, чем ее повышение. Так, грудные дети легко переносят снижение температуры тела на 3–5 °C, но тяжело – повышение на 1–2 °C. Взрослый человек без каких-либо последствий переносит переохлаждение до 33–34 °C^[56], но теряет сознание при перегревании от внешних источников до 38,6 °C (хотя при лихорадке от инфекции может сохранить сознание и при 42 °C).

Суть химической терморегуляции заключается в изменении активности обменных процессов в организме: при высокой внешней температуре она снижается, а при низкой возрастает. Например, при снижении окружающей температуры на 1 °C у обнаженного человека в покое активность метаболизма возрастает на 10 %.

Особое значение для поддержания температуры тела играет тонус скелетных мышц, который возрастает при снижении окружающей температуры и снижается – при потеплении. Так, при температуре воздуха 25–28 °C (и особенно в сочетании с высокой влажностью) мышцы в значительной степени расслаблены, и воспроизводимая ими тепловая энергия ничтожна. Наоборот, при опасности переохлаждения все большее значение приобретает дрожь – нескоординированные сокращения мышечных волокон, когда внешняя механическая работа практически полностью отсутствует, и почти вся энергия сокращающихся волокон переходит в тепловую энергию. Поэтому при дрожи теплопродукция организма может возрасти более чем в три раза.

Физический и химический механизмы терморегуляции работают с высокой степенью согласования благодаря наличию в ЦНС соответствующего центра в области промежуточного мозга (гипоталамус). Поэтому при высокой температуре окружающей среды, с одной стороны, усиливается теплоотдача (за счет повышения температуры кожи, активизации дыхания, усиления процессов испарения пота и т. д.), а с другой – снижается теплопродукция (за счет снижения тонуса мышц, перехода к усвоению организмом менее энергосодержащих продуктов); при низких же температурах, наоборот: возрастает теплопродукция и снижается теплоотдача.