Теплопродукция и механизмы терморегуляции человека

Изучение теплопродукции в разных метеорологических условиях показало, что чем больше масса тела, тем больше теплопродукция. При этом было выяснено, что если отнести основную величину теплопродукции ко всей площади поверхности тела, то получается величина, близкая к постоянной для большинства людей. Это значение теплопродукции у человека в покое составляет 40-50 ккал/(м2 • ч) (167-208 кДж). Поскольку сохранение температуры тела в пределах нормы является необходимым условием жизнедеятельности человека, то необходимо, чтобы в тепловом балансе человека сохранилось равенство прихода и расхода тепла. Действительно, если приход тепла будет больше расхода, то температура тела будет повышаться. Если же приход тепла будет меньше расхода, то это приведет к понижению температуры тела.

В физиологических исследованиях было установлено, что температура тела человека поддерживается путем регуляции образования тепла и его отдачи с помощью химической и физической терморегуляции.

Физическая терморегуляция определяется как физическими, так и физиологическими процессами. Схематично можно довольно просто разграничить область действия этих процессов: теплопередача от внутренних органов к коже происходит на основе физиологических закономерностей, а теплоотдача с поверхности тела - через кожу и одежду во внешнюю среду - в соответствии с физическими закономерностями.

Нормальная температура тела для человека обычно принимается равной 37° (ректальная температура). Температура кожи на несколько градусов ниже и различна на разных участках тела. Лишь на глубине 2,5 см от поверхности кожи достигается температура 37°.

Механизмы терморегуляции активируются двумя способами: раздражением кожных терморецепторов и непосредственным раздражением центров терморегуляции в мозгу путем изменения температуры крови. Тепловые и холодовые рецепторы расположены в коже определенным образом, причем тепловые рецепторы обычно лежат глубже холодовых. Холодовые рецепторы более многочисленны. Некоторые терморецепторы инкапсулированы, но большинство представляет собой голые окончания нервных волокон. Большое значение имеет сенсорная суммация: порог восприятия при раздражении больших участков ниже, чем при раздражении одиночных нервных окончаний. Благодаря этому возможно восприятие таких изменений температуры, как несколько тысячных долей градуса в секунду. И тепловое, и болевое ощущения передаются по тонким волокнам, однако при этом возбуждаются различные рецепторы и порог болевого ощущения выше. Некоторые холодовые рецепторы чувствительны также к давлению.

Нервные импульсы регистрируются с нервных стволов и с одиночных сенсорных волокон, идущих от холодовых и тепловых рецепторов. Для рецепторов обоих типов характерна постоянная (спонтанная) активность. В нервных волокнах, идущих от тепловых рецепторов, можно зарегистрировать потенциал действия при температуре от 20 до 47°; частота импульсов достигает максимальной между 38 и 43°, в то время как холодовые рецепторы активны в диапазоне от 10 до 40° и дают максимальную частоту импульсов между 20 и 34°. Сигнализация об окружающей температуре осуществляется путем модуляции фоновой активности рецепторов.

Изменение температуры кожи при приложении термического раздражения к поверхности кожи и под кожу показало, что частота импульсов зависит не от разности температур, а от абсолютной температуры нервных окончаний. Благодаря описанным выше особенностям реакций холодовых и тепловых рецепторов организм получает информацию о температуре кожи и ее изменениях.

Импульсы температурных рецепторов через латеральный спиноталамический тракт и таламус поступают в гипоталамус, который является центром различных вегетативных реакций. Кроме того, в нем есть клетки, непосредственно реагирующие на изменения температуры. В настоящее время по вопросу о точной локализации центров тепла и холода существуют разногласия. Возможно, что различные термочувствительные клетки перемешаны в гипоталамусе и тормозят друг друга. Понижение температуры крови без охлаждения кожи может вызвать дрожь. Таким образом, в гипоталамусе находятся как центр рефлекторной терморегуляции, так и другой чуствительный к температуре механизм, реагирующий на изменения температуры крови.

Рефлекторные реакции на стимуляцию холодовых рецепторов кожи направлены на сохранение тепла. При этом кожные сосуды сужаются, благодаря чему теплоотдача у человека может уменьшиться на 16 и даже 33%.

При дальнейшем охлаждении появляется мышечная активность, которую сначала можно обнаружить лишь по потенциалам действия, а затем и внешне - появляется дрожь. Усиление мышечной активности имеет частично нервную природу, а частично вызывается выделением надпочечниками адреналина. Первые рефлекторные изменения появляются в ответ на периферические воздействия, а терморегуляторный центр начинает действовать только тогда, когда понижается температура крови. Однако дрожь наступает до того, как удается обнаружить понижение температуры в глубоких тканях организма.