Терморегуляция

Терморегуляция — это совокупность физиологических и поведенческих механизмов, обеспечивающих поддержание относительно постоянной температуры тела у теплокровных (гомойотермных) организмов, включая человека, в условиях изменяющейся температуры окружающей среды. У человека терморегуляция направлена на сохранение температуры ядра тела (внутренних органов и мозга) в узком диапазоне около 36,5–37,5 °C, что необходимо для нормального протекания биохимических реакций и функционирования ферментов. У холоднокровных (пойкилотермных) животных терморегуляция в основном сводится к поведенческим адаптациям, так как их температура тела следует за температурой среды.

Физиологические основы

Терморегуляция осуществляется за счет баланса между теплопродукцией (образованием тепла в организме) и теплоотдачей (потерей тепла во внешнюю среду). Центральным органом управления терморегуляцией является гипоталамус, который содержит термочувствительные нейроны и сравнивает текущую температуру крови с заданным значением (установочной точкой). При отклонении от нормы гипоталамус запускает эффекторные механизмы.

Теплопродукция

Основными источниками тепла в организме являются:

• Основной обмен: работа внутренних органов (печень, почки, сердце, мозг) постоянно выделяет тепло. В покое на долю печени приходится около 20–30% теплопродукции.
• Мышечная активность: при физической работе теплопродукция возрастает в 10–20 раз. Непроизвольные мышечные сокращения (дрожь) — важный механизм увеличения тепла при охлаждении.
• Термогенез без дрожи: в бурой жировой ткани (особенно у новорожденных и млекопитающих в спячке) происходит окисление жиров с выделением тепла без участия мышечных сокращений.

Теплоотдача

Тепло отдается организмом в окружающую среду четырьмя основными путями:

• Излучение (радиация): передача тепла в виде инфракрасных волн от более нагретого тела к менее нагретым объектам. В обычных условиях на излучение приходится около 50–60% потерь тепла.
• Конвекция: передача тепла движущимися частицами воздуха или воды. Усиливается при ветре или движении тела.
• Теплопроводность (кондукция): непосредственная передача тепла при контакте с более холодными предметами (например, сидение на холодном камне). Вклад в общую теплоотдачу обычно невелик.
• Испарение: потеря тепла при переходе воды с поверхности кожи и слизистых оболочек в пар. При высокой температуре окружающей среды (выше 30–35 °C) испарение становится единственным эффективным способом охлаждения. Различают неощутимую перспирацию (постоянное испарение через кожу и легкие) и ощутимое потоотделение.

Механизмы регуляции

Регуляция при перегреве (гипертермии)

При повышении температуры окружающей среды или тела гипоталамус активирует механизмы, направленные на увеличение теплоотдачи:

1. Расширение кожных сосудов (вазодилатация): увеличивается приток крови к коже, что усиливает излучение и конвекцию. Кожа краснеет и становится горячей.
2. Усиление потоотделения: активируются эккриновые потовые железы, выделяющие пот. Испарение пота с поверхности кожи охлаждает организм. В жару человек может терять до 1–2 литров пота в час.
3. Снижение теплопродукции: уменьшается мышечный тонус и спонтанная активность, человек становится вялым.
4. Поведенческая адаптация: человек стремится в тень, снимает одежду, уменьшает физическую нагрузку, пьет прохладную воду.

Регуляция при переохлаждении (гипотермии)

При снижении температуры окружающей среды или тела гипоталамус запускает механизмы, направленные на сохранение тепла и увеличение теплопродукции:

1. Сужение кожных сосудов (вазоконстрикция): уменьшается приток крови к коже, что снижает потери тепла через излучение и конвекцию. Кожа бледнеет и становится холодной.
2. Мышечная дрожь: непроизвольные ритмические сокращения мышц могут увеличить теплопродукцию в 4–5 раз.
3. Пилоэрекция: сокращение мышц, поднимающих волосы (у человека эффект практически незначим, но у животных поднимает шерсть, увеличивая теплоизолирующий слой воздуха).
4. Усиление основного обмена: активируется выработка гормонов щитовидной железы (тироксин) и надпочечников (адреналин), что стимулирует метаболизм и теплопродукцию.
5. Поведенческая адаптация: человек надевает теплую одежду, ищет укрытие, двигается, пьет горячие напитки, принимает позу «калачиком» для уменьшения площади поверхности тела.

Классификация типов терморегуляции

По способу поддержания температуры различают два основных типа:

• Физическая терморегуляция — изменение интенсивности теплоотдачи (сосудистые реакции, потоотделение, поведение).
• Химическая терморегуляция — изменение интенсивности теплопродукции (основной обмен, мышечная дрожь, термогенез в бурой жировой ткани).

У человека в условиях комфорта (температура воздуха 20–25 °C) преобладает физическая терморегуляция. При сильном охлаждении включается химическая.

Нарушения терморегуляции

Гипертермия и тепловой удар

Перегрев организма возникает, когда механизмы теплоотдачи не справляются с тепловой нагрузкой. При длительном воздействии высокой температуры и влажности, а также при интенсивной физической работе может развиться тепловой удар — состояние, при котором температура тела поднимается выше 40 °C, что приводит к повреждению клеток, особенно в мозге. Симптомы: головокружение, тошнота, спутанность сознания, потеря сознания. Тепловой удар требует немедленного охлаждения.

Гипотермия

Переохлаждение наступает при длительном воздействии холода, особенно в сочетании с влажностью и ветром. При снижении температуры тела ниже 35 °C развивается гипотермия. Нарушается работа нервной системы, замедляется пульс и дыхание. При температуре ниже 28 °C возможна остановка сердца. Согревание должно быть постепенным, чтобы избежать аритмии.

Лихорадка

Лихорадка — это временное повышение установочной точки терморегуляции в гипоталамусе под действием пирогенов (веществ, выделяемых бактериями, вирусами или клетками иммунной системы). Организм воспринимает нормальную температуру как низкую и включает механизмы теплопродукции (озноб, дрожь) и сохранения тепла (сужение сосудов). После устранения причины лихорадки установочная точка возвращается к норме, и организм начинает активно охлаждаться (потливость, расширение сосудов). Лихорадка является защитной реакцией, так как многие патогены размножаются медленнее при повышенной температуре.

Особенности терморегуляции у детей

У новорожденных и детей младшего возраста терморегуляция несовершенна:

• Относительно большая площадь поверхности тела на единицу массы приводит к быстрой потере тепла.
• Механизм дрожи развит слабо, основным источником тепла является бурая жировая ткань.
• Потовые железы начинают полноценно функционировать только к 2–3 годам.
• Центральные механизмы регуляции (гипоталамус) созревают постепенно.

Поэтому дети особенно чувствительны как к перегреву, так и к переохлаждению.

Терморегуляция у животных

У разных групп животных терморегуляция реализуется по-разному:

• Млекопитающие и птицы (гомойотермные) имеют сложные физиологические механизмы, включая шерсть/перья, подкожный жир, потовые железы (у некоторых) и развитый гипоталамус.
• Рептилии, амфибии, рыбы (пойкилотермные) полагаются в основном на поведение: греются на солнце, прячутся в тень или в воду. Их метаболизм зависит от температуры среды.
• Насекомые могут использовать мышечную активность (например, пчелы в улье) для поддержания температуры в гнезде.
• Медведи и суслики впадают в спячку, при которой температура тела снижается на несколько градусов, а метаболизм замедляется, что позволяет экономить энергию.

Методы измерения температуры тела

Для оценки терморегуляции у человека измеряют температуру тела в различных точках:

• Ректальная (в прямой кишке) — наиболее точная, отражает температуру ядра тела (норма 36,6–37,9 °C).
• Оральная (под языком) — на 0,3–0,5 °C ниже ректальной.
• Аксиллярная (в подмышечной впадине) — на 0,5–1,0 °C ниже ректальной, наиболее распространена в быту.
• Тимпаническая (в ухе) — измеряет инфракрасное излучение барабанной перепонки, близко к температуре мозга.
• Кожная — используется для оценки периферической терморегуляции, но не отражает температуру ядра.

Источники

• Гайтон А.К., Холл Д.Э. «Медицинская физиология». — М.: Логосфера, 2008.
• Шмидт Р., Тевс Г. (ред.) «Физиология человека». — М.: Мир, 2005.
• Судаков К.В. «Нормальная физиология». — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012.
• Агаджанян Н.А., Власова И.Г. «Адаптация человека к условиям среды». — М.: РУДН, 2005.
• Иванов К.П. «Терморегуляция и эволюция». — Л.: Наука, 1984.