Часть IV. Физиология систем внутренних органов

Если температура тела превышает температуру среды, то тело будет отдавать тепло в среду. Отдача тепла в окружающую среду осуществляется излучением, теплопроведением, конвекцией и испарением (рис. 25.4).

Рис. 25.4. Физические основы теплоотдачи

Излучение. При комнатной температуре обнаженный человек теряет около 60% отдаваемого тепла за счет излучения инфракрасных волн. Бльшая часть инфракрасного излучения, испускаемого телом человека, обладает длиной волны от 5 до 20 мкм, то есть в 10–30 раз большей, чем длина волны луча света. Тепловые лучи испускают стены комнаты и находящиеся в ней предметы по направлению к телу человека. Если температура тела выше температуры окружающих предметов, тело отдает большее количество тепла, чем получает.

Проведение — контактная передача тепла при соприкосновении поверхности тела с какими-либо физическими телами. Весьма незначительное количество тепла (около 3% в норме) отдается телом непосредственно путем теплопроведения от поверхности тела к твердым предметам, таким как стул или кровать. Однако теплоотдача путем проведения через воздух вполне сопоставима количественно с общими потерями тепла телом (около 15%) даже в обычных условиях. Если температура окружающего воздуха и температура кожи одинаковы, дальнейшая теплоотдача таким способом становится невозможной, поскольку количество тепла, отдаваемое телом воздуху, становится равным количеству тепла, отдаваемого воздухом коже. Таким образом, теплопроведение от тела воздуху ограничивается, когда нагретый воздух не уносится от кожи, а холодный — прекращает поступать.

Конвекция — потеря тепла путем переноса движущимися частицами воздуха или воды. Количество тепла, теряемого конвекционным способом, возрастает с увеличением скорости движения воздуха (вентилятор, ветер). В воде величина отдачи тепла путем проведения и конвекции во много раз больше, чем на воздухе. В условиях комнатной температуры человек теряет 26% отдаваемого тепла посредством конвекции и проведения.

Излучение, конвекция и проведение происходят, когда температура тела выше температуры окружающей среды. Если температура поверхности тела равна или ниже температуры окружающей среды, то эти способы потери тепла организмом становятся неэффективными.

Испарение — необходимый механизм выделения тепла при высоких температурах. Испарение воды с поверхности тела приводит к потере 0,58 ккал тепла на каждый грамм испарившейся воды. Даже без видимого потоотделения вода испаряется с поверхности кожи и легких в пределах от 450 до 600 мл в день, вызывая потерю тепла порядка 12–16 ккал/ч. Неощутимое испарение — результат непрерывной диффузии молекул воды через кожу и дыхательные поверхности, оно не контролируется системой температурной регуляции.

Потоотделение — один из важных приспособительных механизмов организма к изменениям условий внешней среды. В повседневной жизни встречаются два вида потоотделения — терморегуляторное (возникает на всей поверхности тела в ответ на повышение температуры окружающей среды и при физической нагрузке) и психогенное (в ответ на эмоциональный стресс, обычно локально, но иногда генерализованно).

Эккриновые потовые железы (20 млн по всей поверхности кожи) выделяют раствор NaCl, они равномерно распределены по поверхности тела и обеспечивают терморегуляцию.

Апокриновые потовые железы (подмышечные и паховые) выделяют феромоны и участвуют в создании запаха тела.

Секреторный отдел потовой железы образует первичный секрет, по составу аналогичный плазме крови, но без белков. По мере движения секрета по направлению к коже большая часть электролитов реабсорбируется. Активация потовых желез вызывает усиленное образование секрета, но интенсивность реабсорбции остается без изменений. Это приводит к потерям электролитов (прежде всего натрия хлорида).

Выделение пота варьирует в зависимости от вида работы и окружающей температуры. Потоотделительный механизм начинает работать при температуре 32–34 °C, у новорожденных доношенных — при 35–37 °C, у недоношенных механизм потоотделения не сформирован.

Терморегуляторная система работает по принципу обратной связи и состоит из трех компонентов: сенсорных рецепторов, центрального интегратора и системы эффекторных органов.

Центральные нейроны. Преоптическая область переднего гипоталамуса содержит большое количество чувствительных к теплу и холоду нейронов. Предположительно эти нейроны выполняют функцию термосенсоров, контролирующих температуру тела. Они увеличивают частоту разрядов в 2–10 раз в ответ на повышение температуры тела на 10 °С. Нейроны, чувствительные к охлаждению, напротив, увеличивают частоту разрядов при снижении температуры.

Кожные терморецепторы реагируют на минимальные изменения температуры (0,005 °C) и постоянно снабжают терморегуляторные центры текущей информацией о температуре и быстрых ее изменениях. Кожа снабжена рецепторами, чувствительными к холоду и теплу. В некоторых областях тела холодовых рецепторов существенно больше, чем тепловых, — почти в 10 раз, поэтому периферические рецепторы в большей степени реагируют на холодное и прохладное, чем на обнаружение теплого.

Глубокие терморецепторы найдены в спинном мозге, органах брюшной полости и вокруг крупных вен верхней части брюшной полости и грудной клетки. Функции глубоких рецепторов отличаются от функций рецепторов кожи, так как они подвержены действию температуры «сердцевины» тела, а не действию температуры кожи, хотя подобно терморецепторам кожи они реагируют в большей мере на снижение, чем на повышение температуры.

Гипоталамический термостат. Информация от центральных и периферических терморецепторов объединяется в терморегуляторном центре — передней и преоптической областях гипоталамуса — «гипоталамическом термостате». Терморегуляторный центр постоянно поддерживает внутреннюю температуру 37,1 °C (установочная точка центра терморегуляции). Получение терморегуляторным центром информации об отклонении от установочной точки температуры формирует сигнал к эффекторным системам, которые обеспечивают поддержание внутренней температуры тела.

Задний гипоталамус (приблизительно на уровне мамиллярных тел) интегрирует центральные и периферические температурные сенсорные сигналы. Температурные сигналы, поступающие в преоптическую зону переднего гипоталамуса, передаются затем в задние отделы. Здесь, в области заднего гипоталамуса, сходятся сигналы из преоптической области и сигналы от терморецепторов всех областей тела, затем они суммируются и интегрируются, чтобы вместе управлять теплопродукцией и теплоотдачей организма.