Терморегуляция (дисциплина "Анатомия и физиология человека")
учебно-методический материал

ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ

Постоянство температуры тела обусловлено процессами теплообразования и теплоотдачи. Эти процессы регулируются сложными рефлекторными актами, которые возникают в ответ на температурное раздражение рецепторов кожи, кожных и подкожных сосудов, а также центральной нервной системы. Терморецепторы, воспринимающие холод или тепло, находятся в передней части гипоталамуса, в ретикулярной формации среднего мозга, а также в спинном мозге.

 В гипоталамусе расположены основные центры терморегуляции, которые координируют сложные процессы, обеспечивающие изотермию.

Центры некоторых терморегуляторных рефлексов расположены в спинном мозге, определенное участие в процессах терморегуляции принимает кора головного мозга, железы внутренней секреции (прежде всего щитовидная железа и надпочечники). При охлаждении щитовидная железа более активно выделяет гормон, активизирующий обмен веществ и усиливающий в результате этого теплопродукцию. Надпочечники усиливают выделение адреналина, который суживает кожные сосуды, уменьшая теплоотдачу, и повышает теплообразование за счет усиления процессов окисления в тканях.

Так как разные органы имеют разную активность метаболизма, их температура может различаться (рис. 1). Самую высокую температуру имеет печень (37,8—38°С), так как она расположена глубоко внутри тела и имеет самый высокий уровень обменных процессов. Температура кожи более зависима от температуры окружающей среды и вследствие высокой теплоотдачи самая низкая (30—34°С), при этом она может значительно различаться: самая высокая на туловище и голове, самая низкая — на конечностях.

Рис.1. Температура кожи разных участков тела человека

Температура тела имеет циркадный (околосуточный) режим и колеблется в пределах 0,5-0,7°С. Максимум отмечается при мышечной работе и в 16-18 ч. вечера, минимум – в 3-4 утра. Обезвоживание организма приводит к подъёму внутренней температуры тела и ограничивает трудоспособность. Ректальная температура при марафонском забеге достигает 39-40 °С, иногда даже около 41 °С.

Измеряют температуру тела в подмышечной впадине (36,6-36,9°С), у грудных детей часто в прямой кишке, где она выше и составляет  37,2-37,5°С.

Температура тела регулируется нервно-гуморальным путём. Теплообразование усиливают гормоны тироксин и адреналин.

Рефлекторный терморегуляторный ответ возникает при раздражении тепловых и холодовых рецепторов.

Холодовые рецепторы - колбы Краузе - расположены в подслизистом слое, в коже (ближе к эпидермису), в мышцах брюшного пресса.

Тельца Руффини, лежащие в глубоких отделах дермы и в подкожном слое, считают тепловыми рецепторами. Температурные воздействия могут воспринимать также окончания чувствительных нервных волокон.

Холодовых рецепторов больше, чем тепловых: их количество в коже человека достигает 250 тыс., а тепловых - 30 тыс. Наибольшая плотность холодовых рецепторов обнаружена в коже лица: 16-19 рецепторов/см2.

Терморецепторы кожи чрезвычайно чувствительны к колебаниям температуры окружающей среды. Кожная рецепция важна не только для ощущения тепла или холода, но и для регуляции температуры тела. Температурные стимулы вызывают приятные или неприятные ощущения. При охлаждении значительных поверхностей тела ниже 30 °С возникает стойкое ощущение холода. При изменении температуры кожи температурные ощущения зависят, в основном, от её исходной температуры. Так, при низкой температуре кожи незначительное понижение температуры воспринимается быстрее, чем её повышение. То же происходит и при высокой температуре. Восприятие медленных изменений температуры замедлено. При очень медленном охлаждении человек может его не заметить и простудиться.

Постоянство температуры тела у человека сохраняется лишь при равновесии процессов теплообразования и теплоотдачи организма (рис. 2). Это достигается с помощью физических и химических механизмов теплорегуляции.

Рис. 2. Пути теплопродукции и теплоотдачи

Химическая терморегуляция происходит посредством активизации обменных процессов в тканях организма, приводящей к усилению теплообразования. У человека усиление теплообразования отмечается при снижении температуры окружающей среды ниже оптимальной (так называемой зоны температурного комфорта). В одежде температура комфорта составляет 18—20°С, без нее — 28°С. Наиболее интенсивное теплообразование наблюдается в мышцах, печени и почках.

Физическая терморегуляция происходит посредством уменьшения либо усиления теплоотдачи за счет изменения излучения тепла (радиационная теплоотдача), конвекции (перемешивание нагреваемого телом воздуха) и испарения воды с поверхности кожи и легких.

 В состоянии покоя при температуре 20°С у человека радиация составляет 66%, испарение - 19%, конвекция — 15% общей потери тепла организмом. Препятствует теплоотдаче слой подкожной жировой клетчатки, поскольку ее жировая ткань имеет малую теплопроводность, и одежда, создающая слой неподвижного воздуха вокруг тела.

Теплоотдача путем радиации и конвекции возможна только в условиях температуры окружающей среды до 35°С, при более высокой температуре воздуха температура тела поддерживается только за счет испарения пота; ведущей становится теплоотдача путем испарения и при интенсивной мышечной нагрузке. Эффективность этого вида теплоотдачи находится в зависимости от влажности воздуха и воздухопроницаемости одежды. В поддержании температуры тела участвует и дыхание: во время выдоха легкие выделяют воду в виде водяных паров, этот вид теплоотдачи регулируется изменением частоты дыхания.

Важным механизмом терморегуляции является перераспределение крови в сосудах и объема циркулирующей крови. При низкой температуре артериолы кожи сужаются, большее количество крови поступает в сосуды брюшной полости, в результате чего ограничивается теплоотдача, а внутренние органы дополнительно согреваются. При еще более сильном охлаждении открываются сосуды, обеспечивающие сброс крови из артерий в вены (артериовенозные анастомозы), и поступление крови в капилляры дополнительно уменьшается. При повышении температуры тела сосуды кожи расширяются, увеличивается объем крови, протекающей по сосудам кожи, что приводит к охлаждению крови в сосудах кожи за счет теплоотдачи с поверхности тела (рис. 3).

Рис. 3. Механизм теплоотдачи на холоде (Л) и в тепле (Б)

Дополнительными средствами терморегуляции могут служить изменение положения тела, «гусиная кожа», озноб. Так, когда человеку холодно, он сворачивается в «клубочек», уменьшая поверхность теплоотдачи.

 «Гусиная кожа» — рудиментарная реакция, сохранившаяся у человека в процессе эволюции от животных предков, покрытых шерстью, — позволяет поднять шерсть, увеличив таким образом слой согретого неподвижного воздуха вокруг туловища и закрыть выводные протоки потовых желез, уменьшая испарение воды с поверхности тела. Озноб, возникающий при переохлаждении, приводит к дополнительному образованию тепла в результате мышечной работы (мелкой дрожи), идущему на согревание тела.

Изменение терморегуляции в онтогенезе.

В процессе онтогенеза способность поддерживать постоянную температуру тела развивается постепенно. Новорожденный ребенок отличается неустойчивой терморегуляцией: у него легко возникает охлаждение или перегревание организма при изменении температуры окружающей среды, даже небольшая мышечная нагрузка (длительный плач) может привести к повышению температуры тела. Очень низка способность к терморегуляции у недоношенных детей, поэтому они нуждаются в специальных условиях для поддержания температуры тела.

Основные терморегуляторные реакции организма формируются в младенческом возрасте. В первые месяцы жизни защита от потери тепла организмом осуществляется главным образом подкожной жировой клетчаткой. Такой статичный механизм не позволяет в достаточной степени регулировать теплоотдачу в соответствии с текущей ситуацией, поэтому дети младенческого возраста легко подвержены переохлаждению и перегреванию. Организм ребенка приспособлен к уменьшению теплоотдачи с относительно большой поверхности тела преимущественно за счет теплоизоляции подкожной жировой клетчаткой. Кроме того, в этом возрасте в организме ребенка функционирует бурая жировая ткань. Она насыщена митохондриями, участвующими во внутриклеточных энергетических процессах, и «согревает» крупные сосуды, расположенные вдоль позвоночника. Сосудодвигательные реакции, определяющие тонус поверхностно расположенных сосудов и регулирующие теплоотдачу, активно формируются на протяжении первого года жизни. Так как они еще несовершенны, легко возникает переохлаждение или перегревание организма, поэтому при уходе за младенцами и их воспитании тепловой режим должен соблюдаться достаточно строго. После года к производству тепла начинают подключаться мышцы, а бурая жировая ткань постепенно перестает функционировать. Однако механизмы теплоотдачи еще несовершенны и температура комфорта остается высокой — около 30°С.

В возрасте от 3 до 7 лет значительное место занимают механизмы химической (метаболической) терморегуляции. С 6-летнего возраста начинается быстрое совершенствование сосудодвигательных реакций периферических сосудов и к 10 годам физическая терморегуляция приближается по своей эффективности к уровню взрослого человека.

В подростковом возрасте увеличивается скорость кровотока, что приводит к повышению температуры кожи. Кроме этого, неустойчивость сосуд пето го тонуса, свойственная этому возрасту, снижает возможности физической терморегуляции и для поддержания постоянства температуры тела опять становится необходимым увеличение производства тепла за счет активизации метаболических процессов. Следовательно, в пубертатный период возможности терморегуляции снижаются, сокращая определенным образом адаптационные ресурсы организма.

В юношеском возрасте температурный гомеостаз становится более устойчивым, терморегуляторные реакции более экономичными.

В пожилом и старческом возрасте замедляются обменные процессы, снижаются возможности адаптационной регуляции тонуса сосудов и мышечного компонента физической терморегуляции, что приводит к снижению температуры тела, легкому возникновению переохлаждения организма, воспалительных и простудных заболеваний.