Терморегуляції ТА ЗДОРОВ'Я
Ареал проживання людини поширюється від полюсових зон, де температура повітря подекуди сягає -86 ° С, до екваторіальних саван і пустель, в найбільш спекотних ділянках яких вона наближається до +50 ° С в тіні! Проте в такому широкому діапазоні температур людина зберігає активну життєздатність і достатню працездатність завдяки своїй термостабільності, коли температура тіла коливається у відносно вузьких межах - від 36 до 37 ° С.
Теплокровність - сталість температури тіла - робить людину незалежною від температурних умов проживання, так як забезпечують його життєдіяльність біохімічні реакції продовжують здійснюватися на оптимальному рівні завдяки збереженню адекватної активності забезпечують їх тканинних ферментів і вітамінів, які каталізують і активують окремі сторони обміну речовин, тканинних гормонів, нейромедіаторів і інших речовин, від яких залежить нормальна діяльність організму. Зсув же температури в ту чи іншу сторону різко змінює активність цих речовин, причому в різному ступені для кожного з них - в результаті наступає роз'єднання в активності протікання окремих сторін обміну речовин. У тварин пойкілотермних, холоднокровних, температура тіла яких визначається навколишнього температурою (підвищується або знижується разом з останньою), активність їх тканинних ферментів як біологічних каталізаторів змінюється разом зі зміною зовнішніх теплових умов. Ось чому при зниженні температури ступінь прояву їх життєдіяльності знижується аж до повної зупинки - так званий анабіоз, а при дуже високій - або настає смерть, або висушування, яке у деяких з пойкілотермов є також різновидом анабіозу. Так, зі зміною зовнішньої температури життєдіяльність деяких комах (сарана) може відновлюватися як після замерзання до температури рідкого азоту (-189 ° С), так і після висушування. Описаний випадок пожвавлення, хоча і короткочасного, гігантського тритона, замерзлого в льодовику, на думку фахівців, принаймні близько 5000 років тому.
Таким чином, здатність зберігати незмінною температуру тіла при різних умовах існування робить теплокровних незалежними від обставин природи і здатними зберігати високий рівень життєздатності. Така здатність обумовлена складною системою терморегуляції, що забезпечує зменшення вироблення тепла і активну його віддачу при небезпеки перегрівання і активізацію термогенеза при обмеженні віддачі тепла - при небезпеці переохолодження.
Статистика показує, що в Росії з усіх випадків тимчасової втрати працездатності більше 40% припадає на простудні захворювання, що дає підставу обивателю вважати систему терморегуляції недосконалою. Однак є багато фактів, що вказують на високу природну стійкість людини до дії низьких температур. Так, йоги-респ змагаються при температурі нижче -20 ° С в швидкості висушування мокрих простирадл теплом свого тіла, сидячи голяка на льоду замерзлого озера. Стали традиційними пропливаючи спеціально підготовлених плавців через Берингову протоку з Аляски на Чукотку (більше 40 км) при температурі води + 4 ° С - + 6 ° С. Якути натирають новонароджених снігом, а Остяк та тунгусо занурюють їх у сніг, обливають холодною водою і потім закутують у оленячі шкури. В такому випадку, мабуть, скоріше варто говорити про перекрученні досконалих механізмів терморегуляції людини далекими від сформували їх в еволюції умовами життя сучасної людини, ніж про недосконалість самих механізмів.
У той час як більшість функцій життєдіяльності - кровообіг, дихання, травлення та ін. - мають будь-якої специфічний структурно-функціональний апарат, терморегуляція такого органу не має і є функцією всього організму в цілому.
Згідно із запропонованою І. П. Павловим схемою, організм теплокровного можна представити у вигляді відносно термостабильного «ядра» і має великий розкид температур «оболонки». Ядро, температура якого коливається в межах 36,8-37,5 ° С, включає переважно життєво важливі внутрішні органи: серце, печінку, шлунок, кишечник і т.д. Особливо слід відзначити роль печінки, що має відносно високу температуру - вище 37,5 ° С, і товстого кишечника, мікрофлора якого в процесі своєї життєдіяльності виробляє багато тепла, що забезпечує підтримку температури прилеглих тканин. Термолабільного оболонку складають кінцівки, шкірні та підшкірні тканини, м'язи і т.д. Температура різних ділянок оболонки коливається в широких межах. Так, температура пальців ніг складає близько 24 ° С, гомілковостопного суглоба - 30-31 ° С, кінчика носа - 25 ° С, пахвовій западини, прямої кишки - 36,5-36,9 ° С і т.д. Однак температура оболонки дуже рухлива, що визначається умовами життєдіяльності і станом організму, тому і товщина її може змінюватися від дуже тонкої при спеці до дуже потужної, що стискає ядро - при холоді. Такі взаємовідносини ядра і оболонки обумовлені тим, що перша переважно виробляє тепло (в спокої), а друга - повинна забезпечувати збереження цього тепла. Саме цим об'ясняетсятообстоятельство, що у загартованих людей оболонка на холоді швидко і надійно обволікає ядро, зберігаючи оптимальні умови для підтримки діяльності життєво важливих органів і систем, а у незагартованих оболонка і в цих умовах залишається тонкою, створюючи загрозу переохолодження ядра (так, при зниженні температури легких всього лише на 0,5 ° С виникає загроза пневмонії).
Термостабільність організму забезпечується в основному двома взаємодоповнюючими механізмами регуляції - фізичним і хіміческім.Фізіческая терморегуляція переважно активізується при небезпеки перегрівання і полягає в віддачі тепла в навколишнє середовище. При цьому включаються всі можливі механізми тепловіддачі: тепловипромінювання, теплообмін, конвекція і випаровування. Тепловипромінювання здійснюється за рахунок інфрачервоних променів, що виходять від має високу температуру шкіри. Теплопроведение реалізується за рахунок різниці температур між шкірою і навколишнім повітрям. Збільшення цієї різниці здійснюється за рахунок гіперемії - розширення шкірних судин і припливу сюди більшої кількості теплої крові від внутрішніх органів, через що і забарвлення шкіри при спеці стає рожевою. При цьому ефективність тепловіддачі визначається теплопровідністю і теплоємністю зовнішнього середовища: так, ці показники у відповідних температурах для води в 20-27 разів вище, ніж повітря. Звідси стає зрозумілим чому термокомфортная температура повітря для людини становить близько 18 ° С, а води - 34 ° С. Тепловіддача за рахунок випаровування поту є досить ефективною, так як при випаровуванні 1 мл поту з поверхні тіла організм втрачає 0,56 ккал тепла. Якщо врахувати, що доросла людина виробляє навіть в умовах низької рухової активності близько 800 мл поту, то стає зрозумілою ефективність цього способу.
У різних умовах життєдіяльності співвідношення втрат тепла тим чи іншим способом помітно змінюється. Так, в спокої і при оптимальній температурі повітря організм 31% утворюється тепла втрачає проведенням, 44% - випромінюванням, 22% - випаровуванням (в тому числі і за рахунок вологи з дихальних шляхів) і 3% - конвекцією. При сильному вітрі зростає роль конвекції, при підвищенні вологості повітря - проведення, а при посиленій роботі - випаровування (наприклад, при напруженій рухової активності випаровування поту часом досягає 3-4-х літрів на годину!).
Ефективність тепловіддачі організму виключно висока. Біофізичні розрахунки показують, що порушення цих механізмів навіть у знаходиться в спокої людини призвело б до підвищення температури його тіла протягом години до 37,5 ° С, а через 6 годин - до 46-48 ° С, коли починається необоротне руйнування білкових структур.
Хімічна терморегуляція набуває особливого значення при небезпеку переохолодження організму. Втрата людиною щодо тварин вовняного покриву зробила його особливо чутливим до дії низьких температур, про що свідчить той фактор, що у людини холодових рецепторів майже в 30 разів більше, ніж теплових. Разом з тим вдосконалення механізмів адаптації до холоду призвело до того, що зниження температури тіла людина переносить набагато легше, ніж її підвищення. Так, немовлята легко переносять зниження температури тіла на 3-5 ° С, але важко - підвищення на 1-2 ° С. Доросла людина без будь-яких наслідків переносить переохолодження до 33-34 ° С, але втрачає свідомість при перегріванні від зовнішніх джерел до 38,6 ° С, хоча при лихоманці від інфекції може зберегти свідомість і при 42 ° С. Разом з тим відзначені випадки пожвавлення замерзлих людей, температура шкіри яких опускалася нижче точки замерзання.
Суть хімічної терморегуляції полягає в зміні активності обмінних процесів в організмі: при високій зовнішній температурі вона знижується, а при низькій - зростає. Дослідження показують, що при зниженні температури навколишнього середовища на 1 ° С у голої людини в спокої активність метаболізму зростає на 10%. (Однак виключення наркозом і так званими нейролептиками вищих регуляторних механізмів термостабільності у теплокровних робить їх залежними від навколишньої температури, і при охолодженні температури їх тіла до 32 ° С споживання ними кисню знижується до 50%, при 20 ° С -до 20%, а при + 1 ° С -до 1% від початкового рівня.)
Особливе значення для підтримки температури тіла відіграє тонус скелетних м'язів, який зростає при зниженні температури навколишнього середовища і знижується - при потеплінні. Показово, що ці процеси протікають тим активніше, чим небезпечнішим загрожує порушення термостабільності. Так, при температурі повітря 25-28 ° С (і особливо в поєднанні з високою вологістю) м'язи в значній мірі розслаблені, і відтворена ними теплова енергія незначна. Навпаки, при небезпеки переохолодження все більшого значення набуває тремтіння - нескоординовані скорочення м'язових волокон, коли зовнішня механічна робота практично повністю відсутня, і майже вся енергія скорочуються волокон переходить в теплову енергію (це явище отримало назву несократітельного термогенеза). Немає нічого дивного тому в тому, що при тремтіння теплопродукція організму може зрости більш ніж в три рази, а при напруженій фізичній роботі - в 10 і більше разів.
Безсумнівна значення в хімічній терморегуляції грають і легкі, які за рахунок зміни активності обміну входять в їх структуру висококалорійних жирів підтримують відносно постійну свою температуру, - саме тому при високій зовнішній температурі відтікає від легких кров прохолодніше, а при низькій - тепліше вдихуваного повітря.
Фізичний і хімічний механізми терморегуляції працюють з високим ступенем узгодження завдяки наявності в ЦНС відповідного центру в області проміжного мозку (гіпоталамус) Ось чому при високій температурі навколишнього середовища, з одного боку, посилюється тепловіддача (за рахунок підвищення температури шкіри, активізації дихання, посилення процесів випаровування поту і т.д.), а з іншого - знижується теплопродукція (за рахунок зниження тонусу м'язів, переходу до засвоєння організмом менш енергосодержащіх продуктів); при низьких же температурах - навпаки: зростає теплопродукція і знижується тепловіддача.
Таким чином, досконалі механізми терморегуляції людини дозволяють підтримувати оптимальну життєздатність в широкому діапазоні зовнішніх температур.