Эндотермические (теплокровные) животные - птицы или млекопитающие - поддерживают постоянную температуру тела, используя внутренние механизмы регуляции. Напротив, эктотермические (хладнокровные) животные, например, рыбы и рептилии, не имеют таких механизмов, и поэтому температура их тела в значительной мере зависит от температуры окружающей среды.
Регуляция температуры тела
Люди, подобно всем теплокровным животным, производят тепло в результате обмена веществ. Все ткани тела образуют тепло, но больше всего тепла производят самые активные органы, такие, как печень, сердце, мозг и эндокринные железы. Мышцы также продуцируют тепло. Около 25% тепла тела вырабатывается мышцами в состоянии покоя. Работающие мышцы могут производить в 40 раз больше тепла, чем все остальное тело, именно поэтому тело сильно согревается при физических упражнениях.
Гомеостаз
Люди имеют относительно постоянную температуру тела, то есть она не зависит от условий окружающей среды. Это свойство поддерживать постоянство внутренней среды организма, несмотря на изменения внешней среды, известно как гомеостаз.
Одним из преимуществ постоянной температуры тела является значительное снижение опасности перегревания. Случаи крайнего перегревания могут привести к судорогам и смерти, так как подавляется передача нервных импульсов и нарушается активность жизненно важных протеинов.
Механизмы повышения температуры
Нормальная температура тела человека варьирует от 35,6°С до 37,8°С. За поддержание ее на постоянном уровне отвечает участок головного мозга под названием гипоталамус. Эта структура функционирует на основе механизма обратной связи, подобного тому, что используется в термостате центральной системы отопления в наших домах.
Когда температура внешней среды снижается и тело начинает охлаждаться, рецепторы кожи посылают эту информацию к гипоталамусу, и человек начинает чувствовать холод. Эта информация затем передается в другие части мозга, которые запускают соответствующие физиологические реакции, чтобы повысить температуру тела и уменьшить потери тепла.
Некоторые реакции на ощущение холода происходят на сознательном уровне, например, активные движения, использование теплой одежды или перемещение в более теплое место. Другие реакции возникают непроизвольно. Человек начинает дрожать, когда мышцы тела сокращаются и расслабляются очень быстро, вырабатывая при этом в четыре-пять раз больше тепла, чем в состоянии покоя. В то же время повышается выработка адреналина, который ускоряет скорость обменных процессов. При этом высвобождается энергия, запасенная в форме глюкозы. В результате всех этих процессов тело согревается.
Регуляция потери тепла
Чтобы уменьшить потери тепла с поверхности тела, капилляры, лежащие у поверхности кожи, сокращаются, что ведет к снижению кровотока и побледнению кожи. Кроме того, сокращаются и тонкие мышечные волокна волосяных фолликулов, при этом волоски выпрямляются и приподнимаются над кожей. У большинства млекопитающих это механизм для удержания слоя теплого воздуха вокруг кожи, но поскольку волосы на коже человека тонкие и короткие, особого эффекта сохранения тепла этот механизм не имеет, вызывая лишь эффект «гусиной кожи».
Механизмы терморегуляции
Наша кожа содержит тысячи рецепторов, которые воспринимают тепловую информацию со всего тела. Эти датчики распознают изменения в окружающей среде и предупреждают мозг, который, в свою очередь, вызывает дрожь или потоотделение, чтобы поддержать гомеостаз.
Расширение кровеносных сосудов (вазодилатация)
Расширение кровеносных сосудов - ключевой механизм сохранения и отдачи тепла. При высоких температурах кровеносные сосуды расширяются, увеличивая приток крови к поверхности кожи и повышая теплоотдачу. Степень расширения кровеносных сосудов котролируется вазомоторными (сосудодвигательными) нервами, которые, в свою очередь, находятся под управлением мозга.
Сужение кровеносных сосудов (вазоконстрикция)
При низких температурах артериолы (мелкие ветви артерий), переходящие в капилляры поверхностных слоев кожи, могут сокращаться. Это снижает приток крови к коже и уменьшает потерю тепла.
Механизмы охлаждения
В нормальных условиях температура тела человека выше температуры воздуха, поэтому организм отдает тепло в окружающую среду путем теплового излучения при прохождении потоков воздуха над поверхностью кожи. Если же тело начинает перегреваться при очень высокой температуре воздуха или во время лихорадки, тепловые рецепторы направляют нервные импульсы в гипоталамус, и мозг запускает реакции для охлаждения организма.
Поверхностные капилляры кожи расширяются таким образом, что поток крови увеличивается, и через кожу тело отдает в окружающую среду больше тепла. Потоотделение также увеличивает теплоотдачу: жидкость, выделяемая потовой железой, испаряется, охлаждая кожу.
В сухом воздухе механизм потоотделения работает очень эффективно: человек может переносить температуру вплоть до 65°С в течение нескольких часов в таких условиях. Однако при высокой влажности пот плохо испаряется, и тело перегревается быстрее.
Лихорадка и гипотермия
Лихорадка - это повышение температуры тела, которое может возникать при инфекции. Химические вещества под названием цитокины выбрасываются белыми клетками крови и клетками поврежденных тканей. В ответ на действие цитокинов гипоталамус выделяет простагландины (гормоны, расширяющие кровеносные сосуды), которые «настраивают» механизм терморегуляции гипоталамуса на более высокую температуру тела. В результате запускаются теплообразующие реакции, и, хотя температура тела может подниматься до 40°С, пациент чувствует озноб.
Температура тела остается высокой, пока организм не освободится от инфекции. Только тогда восстанавливается нормальная терморегуляция и включаются механизмы охлаждения.
Пациент потеет и краснеет вследствие расширения кровеносных сосудов кожи. Исследования показали, что лихорадка одновременно стимулирует иммунную систему тела и ингибирует рост микроорганизмов.
Гипотермией считается состояние, при котором температура тела опускается ниже 35°С. Это возможно в случае, если человек долгое время находится в условиях низкой температуры, что делает организм неспособным поддерживать нормальную температуру. Наиболее восприимчивы к холоду новорожденные дети, пожилые люди и те, кто ослаблен какими-либо заболеваниями.
Гипотермия обычно является результатом неадекватного питания, ношения одежды, не соответствующей сезону, и недостаточного обогревания в условиях холода.
Тело человека. Снаружи и внутри. №14 2008