Терморегуляция
Терморегуляция — совокупность процессов, благодаря которым организм поддерживает относительно постоянную температуру внутренней среды, несмотря на изменения температуры окружающей среды. В основе терморегуляции лежит согласованная работа нервной системы, кровеносных сосудов, мышц, потовых желёз и обмена веществ.
Постоянство температуры тела
Температура внутренних органов человека обычно поддерживается около \(36{,}5–37\ ^\circ\mathrm{C}\). В течение суток, при физической нагрузке, болезни или после приёма пищи она может немного изменяться, но у здорового человека сохраняется в узком диапазоне. Температура кожи обычно ниже и сильнее зависит от окружающей среды, чем температура внутренних органов.
Терморегуляция — поддержание относительно постоянной температуры тела за счёт равновесия между образованием тепла и его отдачей во внешнюю среду.
Различают два взаимосвязанных процесса: теплопродукцию — образование тепла в организме, и теплоотдачу — передачу тепла окружающей среде. Если теплопродукция равна теплоотдаче, температура тела сохраняется. При избытке образования тепла температура повышается, а при чрезмерной отдаче — понижается.
Центральную роль в регуляции играет гипоталамус — отдел промежуточного мозга. Он получает сведения от терморецепторов кожи и внутренних органов, сравнивает их с необходимым уровнем температуры и запускает ответные реакции. При этом нервная регуляция действует быстро, а гормональная может поддерживать изменения обмена веществ дольше.
Теплопродукция
Основной источник тепла — реакции энергетического обмена, при которых органические вещества расщепляются и окисляются. Часть энергии используется для работы клеток, а значительная часть превращается в тепло. Особенно много тепла образуется в печени, мышцах и других активно работающих органах.
При понижении температуры окружающей среды теплопродукция увеличивается. Важный быстрый механизм — непроизвольные сокращения скелетных мышц, то есть дрожь. При дрожи мышцы совершают работу, однако полезного движения почти нет, а образование тепла возрастает.
Другой механизм — усиление обмена веществ под действием гормонов щитовидной железы и гормонов надпочечников. При длительном охлаждении организм также повышает интенсивность обмена веществ. После еды теплопродукция временно увеличивается, поскольку активизируется пищеварение и пластический обмен.
| Механизм | Когда усиливается | Результат |
|---|---|---|
| Мышечная дрожь | При охлаждении | Быстрое увеличение образования тепла |
| Усиление обмена веществ | При длительном охлаждении | Более длительное повышение теплопродукции |
| Физическая работа | При нагрузке | Образование тепла в работающих мышцах |
| Приём пищи и пищеварение | После еды | Умеренное увеличение теплопродукции |
Тепло образуется прежде всего в результате обмена веществ. Дрожь — не причина охлаждения, а защитная реакция, увеличивающая теплопродукцию.
Теплоотдача и роль кожи
Основные пути теплоотдачи — излучение, проведение, конвекция и испарение воды. В обычных условиях значительная часть тепла отдаётся излучением и движением нагретого воздуха около тела. При высокой температуре окружающей среды особенно важным становится испарение пота.
Кожа регулирует теплоотдачу благодаря сосудам и потовым железам. При перегревании сосуды дермы расширяются, к поверхности кожи поступает больше крови, и тепло легче передаётся внешней среде. Потовые железы выделяют пот; его испарение охлаждает поверхность тела. При охлаждении сосуды сужаются, кровоток в коже уменьшается, а теплоотдача снижается. Подробнее особенности органов можно связать со страницами строение кожи, дерма и потовые железы.
| Путь теплоотдачи | Сущность | Пример |
|---|---|---|
| Излучение | Передача энергии в виде теплового излучения | Отдача тепла окружающим предметам |
| Проведение | Передача тепла при непосредственном контакте | Охлаждение при контакте с холодной водой |
| Конвекция | Перенос тепла движущимся воздухом или водой | Охлаждение ветром |
| Испарение | Затрата тепла на превращение воды в пар | Испарение пота с поверхности кожи |
Что происходит с сосудами кожи при перегревании?
Регуляция при охлаждении и перегревании
При охлаждении рецепторы передают сигнал в гипоталамус. В ответ сужаются сосуды кожи, уменьшается потоотделение, возникает мышечная дрожь, повышается интенсивность обмена веществ. Поведение также помогает сохранить тепло: человек надевает тёплую одежду, уменьшает площадь открытой кожи и ищет более тёплое место.
При перегревании сосуды кожи расширяются, усиливается потоотделение, снижается интенсивность обмена веществ и возникает стремление перейти в прохладное место. Важна также вода: при потоотделении организм теряет жидкость, поэтому необходимо восполнять её запасы. При сильном перегревании возможны обезвоживание и тепловой удар.
| Условие | Реакции организма | Общий эффект |
|---|---|---|
| Охлаждение | Сужение сосудов кожи, дрожь, уменьшение потоотделения, усиление обмена | Сохранение и образование тепла |
| Перегревание | Расширение сосудов кожи, потоотделение, снижение обмена | Увеличение теплоотдачи |
| Высокая влажность воздуха | Испарение пота затрудняется | Охлаждение ухудшается |
| Физическая нагрузка | Усиливается обмен в мышцах и кровоток кожи | Теплопродукция и теплоотдача возрастают |
Отклонение температуры от нормы вызывает реакции, направленные на уменьшение этого отклонения: при охлаждении усиливается сохранение и образование тепла, а при перегревании — его отдача.
Разбор экзаменационного примера
Условие. Человек вышел из тёплого помещения на мороз. Какие изменения произойдут в первые минуты: с сосудами кожи, потоотделением, мышцами и теплопродукцией?
Сначала определяем направление изменения температуры: внешняя среда стала холоднее, значит, организм рискует терять тепло быстрее. Затем выбираем реакции, которые уменьшают теплоотдачу и увеличивают теплопродукцию.
Не путайте потоотделение с образованием тепла: пот охлаждает тело только при испарении. Не утверждайте, что при охлаждении сосуды кожи расширяются: правильная реакция — их сужение. Также не смешивайте температуру кожи с температурой внутренних органов: кожа сильнее зависит от среды.
Практическое значение терморегуляции
Эффективность терморегуляции зависит от возраста, состояния здоровья, тренированности, одежды, влажности воздуха и скорости ветра. В жару лёгкая одежда и доступ к воде помогают испарению и предотвращают перегрев. На холоде тёплая одежда уменьшает теплоотдачу, а движение усиливает теплопродукцию.
При лихорадке гипоталамус временно устанавливает более высокий уровень температуры. Поэтому в начале лихорадки человек может ощущать холод и испытывать озноб, хотя температура тела уже повышается. После снижения установленного уровня возникает потоотделение и отдача тепла усиливается.
- При охлаждении уменьшайте теплоотдачу и увеличивайте теплопродукцию.
- При перегревании усиливайте теплоотдачу и восполняйте потерю воды.
- Помните, что влажность воздуха влияет на эффективность испарения пота.
- Рассматривайте терморегуляцию как совместную работу нервной системы, сосудов, мышц, кожи и обмена веществ.
Проверь себя
Главное
- Терморегуляция поддерживает относительное постоянство температуры тела.
- Теплопродукция связана главным образом с обменом веществ; её усиливают мышечная дрожь и гормональные влияния.
- Теплоотдача происходит излучением, проведением, конвекцией и испарением.
- При охлаждении сосуды кожи сужаются, потоотделение уменьшается, а теплопродукция возрастает.
- При перегревании сосуды кожи расширяются и усиливается потоотделение; гипоталамус координирует эти реакции.