Терморегуляция человека

Терморегуляция человека — это физиологический процесс поддержания температуры внутренней среды организма в узком диапазоне, необходимом для нормального протекания метаболических реакций и функционирования ферментов. У человека, как у гомойотермного (теплокровного) организма, температура ядра тела (внутренних органов, мозга, крови) поддерживается на уровне около 36,5–37,5 °C независимо от колебаний температуры внешней среды. Механизмы терморегуляции включают сложную систему рецепторов, нервных центров, эффекторов (кровеносные сосуды, потовые железы, скелетные мышцы) и гуморальных факторов.

Физиологические основы

Температурное ядро и оболочка

Организм условно делится на две зоны:

• Ядро — внутренние органы, мозг, центральная кровь. Его температура наиболее стабильна и поддерживается на уровне 37 °C (с колебаниями в пределах 0,5–1 °C в зависимости от циркадных ритмов, физической активности и приёма пищи).
• Оболочка — кожа, подкожная клетчатка, конечности. Её температура может значительно варьироваться (от 28–30 °C на пальцах рук и ног в холод до 36–37 °C на туловище в тепле) и выполняет роль буфера между ядром и внешней средой.

Терморецепция

Восприятие температуры осуществляется двумя типами терморецепторов:

• Периферические — расположены в коже и слизистых оболочках. Различают холодовые (чувствительны к снижению температуры) и тепловые (к повышению) рецепторы. Наибольшая плотность холодовых рецепторов — на лице, шее, груди; тепловых — на спине, животе.
• Центральные — находятся в гипоталамусе, спинном мозге, внутренних органах (например, в печени, кишечнике). Они реагируют на температуру крови и тканей ядра.

Центральный регулятор — гипоталамус

Главный центр терморегуляции расположен в переднем и заднем отделах гипоталамуса. Передний гипоталамус отвечает за процессы теплоотдачи (вазодилатация, потоотделение), задний — за теплопродукцию (дрожь, повышение метаболизма). Гипоталамус получает сигналы от терморецепторов, сравнивает их с заданной «установочной точкой» (set point) — нормальной температурой ядра, и запускает соответствующие эффекторы.

Механизмы терморегуляции

Теплопродукция (термогенез)

Организм вырабатывает тепло в результате метаболических процессов. Различают два основных типа термогенеза:

• Сократительный термогенез — выработка тепла за счёт работы скелетных мышц. Включает произвольные движения (физическая активность) и непроизвольную дрожь (микро- и макросокращения мышц, увеличивающие теплопродукцию в 3–5 раз).
• Несократительный термогенез — повышение теплопродукции за счёт активации метаболизма в бурой жировой ткани (у младенцев и взрослых в небольшом количестве) и ускорения окислительных процессов в печени и других органах под действием симпатической нервной системы и гормонов (адреналин, тироксин).

Теплоотдача

Организм отдаёт тепло в окружающую среду четырьмя основными путями:

• Излучение (радиация) — передача тепла в виде инфракрасных волн от более нагретой поверхности тела к более холодным предметам. Составляет до 60% теплопотерь в покое при комфортной температуре.
• Конвекция — передача тепла движущимся слоям воздуха или воды, прилегающим к коже. Усиливается при ветре или движении человека.
• Кондукция — передача тепла при непосредственном контакте с более холодными предметами (например, сидение на холодном камне).
• Испарение — основной способ теплоотдачи при высокой температуре среды. Влага выделяется с потом (потоотделение) и испаряется с поверхности кожи, забирая тепло (на испарение 1 мл пота расходуется около 0,58 ккал). Также происходит неощутимая перспирация — испарение воды через кожу и дыхательные пути (около 400–600 мл/сутки).

Эффективность каждого механизма зависит от температуры и влажности воздуха, наличия одежды, ветра и физической активности.

Регуляция кровотока

Ключевую роль в перераспределении тепла играет тонус кожных сосудов:

• Вазодилатация (расширение сосудов кожи) — увеличивает приток тёплой крови к поверхности, усиливая теплоотдачу (радиацию, конвекцию). Наблюдается при перегреве.
• Вазоконстрикция (сужение сосудов кожи) — уменьшает приток крови к коже, снижая теплопотери, но может приводить к охлаждению конечностей. В сильный холод возможен парадоксальный эффект — попеременное расширение и сужение сосудов (реакция Льюиса) для предотвращения обморожения.

Гормональная регуляция

В терморегуляции участвуют несколько гормонов:

• Тироксин и трийодтиронин (щитовидная железа) — повышают основной обмен и теплопродукцию. При длительном холоде их секреция возрастает.
• Адреналин и норадреналин (мозговое вещество надпочечников) — стимулируют несократительный термогенез и сужают кожные сосуды.
• Кортизол (кора надпочечников) — участвует в адаптации к стрессу, в том числе холодовому.

Поведенческая терморегуляция

Человек, в отличие от животных, активно использует поведенческие механизмы: выбор одежды, укрытие от ветра, использование обогревателей или кондиционеров, изменение позы (сжатие для уменьшения поверхности тела), перемещение в более комфортную среду. Поведенческая регуляция часто является первичной и более эффективной, чем физиологическая.

Нарушения терморегуляции

Гипотермия

Снижение температуры ядра ниже 35 °C. Возникает при длительном воздействии холода, иммерсии (пребывании в холодной воде), истощении, алкогольном опьянении. Симптомы: дрожь (на начальном этапе), спутанность сознания, замедление пульса и дыхания, потеря сознания. При температуре ниже 28 °C возможна остановка сердца.

Гипертермия и тепловой удар

Повышение температуры ядра выше 40 °C. Развивается при высокой температуре и влажности воздуха, интенсивной физической нагрузке, недостаточном потоотделении (например, при обезвоживании или приёме некоторых лекарств). Характеризуется покраснением кожи, учащением пульса, головной болью, тошнотой, потерей сознания. Тепловой удар — критическое состояние с риском полиорганной недостаточности.

Лихорадка

Отличается от гипертермии тем, что является защитно-приспособительной реакцией организма на инфекцию или воспаление. В гипоталамусе повышается «установочная точка» температуры под действием пирогенов (например, интерлейкинов). Организм начинает активно вырабатывать тепло (дрожь) и сокращать теплоотдачу (сужение сосудов), чтобы достичь новой, более высокой температуры, которая способствует гибели микроорганизмов и активации иммунитета.

Вегетативные расстройства

Нарушения терморегуляции могут наблюдаться при поражении гипоталамуса (опухоли, травмы, инсульты), а также при вегетососудистой дистонии, когда наблюдаются неадекватные реакции сосудов и потовых желез на изменение температуры (например, холодные конечности в тепле или чрезмерная потливость).

Интересные факты

• У новорождённых механизмы терморегуляции незрелы: они легко перегреваются и переохлаждаются из-за большой поверхности тела относительно массы и слабо развитой дрожи.
• Наиболее чувствительны к перегреву половые органы (яички у мужчин), поэтому мошонка имеет пониженную температуру (на 2–3 °C ниже температуры тела) за счёт специальной венозной сети.
• При длительной адаптации к холоду у некоторых народов (например, у ненцев, эскимосов) наблюдается повышенный основной обмен и более высокая температура конечностей.
• Способность к потоотделению у человека — одна из самых развитых среди млекопитающих; она позволяет эффективно охлаждаться при беге на длинные дистанции в жарком климате.

Источники

• Физиология человека: учебник / под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. — М.: Медицина, 2003.
• Гайтон А. К., Холл Дж. Э. Медицинская физиология. — М.: Логосфера, 2008.
• Шмидт Р., Тевс Г. Физиология человека. — М.: Мир, 1996.
• Ткаченко Б. И. Нормальная физиология. — СПб.: СпецЛит, 2005.