Урок №33 Регуляторные системы
Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды. Это постоянство температуры тела носит название изотермии. Изотермия свойственна только так называемым гомойотермным, или теплокровным, животным. Изотермия отсутствует у пойкилотермных, или холоднокровных, животных, температура тела которых переменна и мало отличается от температуры окружающей среды.
Все химические реакции в организме зависят от температуры. У пойкилотермных интенсивность энергетических процессов возрастает пропорционально внешней температуре. У гомойотермных это правило замаскировано регуляторным термогенезом и проявляется лишь при блокаде терморегуляции (наркоз, повреждение нервной системы). Наркоз совместно со снижением температуры тела может вызвать заметное снижение степени потребления кислорода и задержку процессов тканевого разрушения - это используется в хирургии.
Теплопродукция и размеры тела. Температура тела у большинства теплокровных лежит в диапазоне 36-39оС, несмотря на значительные различия в массе и размерах. В противоположность этому интенсивность метаболизма (М) находится в степенной зависимости от массы тела (m): M = 0,75 km. Коэффициент k примерно одинаков и для мыши и для слона. Этот закон зависимости обмена веществ от массы тела отражает тенденцию к установлению соответствия между теплопродукцией и интенсивностью теплоотдачи в среду. Потери тепла на единицу массы тем больше, чем больше соотношение между поверхностью и объемом тела, причем это соотношение уменьшается с увеличением размера тела. Кроме того, у мелких животных изолирующий слой тела более тонкий. Если расставить по убывающей интенсивности обменных процессов некоторых животных в ряд, то получиться следующее: мышь, кролик, собака, человек, слон.
Температура тела человека. Тепло, вырабатываемое в организме, отдается в окружающее пространство поверхностью тела. Поэтому То поверхности меньше Тоядра тела, а То дистальной части конечностей меньше, чем проксимальной. Например, когда легко одетый взрослый человек находится в помещении с То воздуха 20оС, в глубоких мышцах его бедра температура равна 35о, в икроножной мышце - 33о, на стопе - 27о, в rectum -37о С.
Факторы окружающей среды и температурный комфорт. Влияние температуры среды на организм зависит, по крайней мере, от четырех физических факторов: температуры воздуха, влажности, температуры излучения и скорости движения воздуха (ветер). Этими факторами определяется, ощущает ли человек "температурный комфорт" или ему жарко или холодно. Условие комфорта состоит том, что организм не нуждается в работе механизмов терморегуляции: ему не требуется ни дрожи, ни выделения пота, а кровоток в периферических областях сохраняет среднюю скорость. Это т.н. термонейтральная зона. Указанные четыре фактора в определенной мере взаимозаменяемы.
Значение температуры комфорта для легко одетого (рубашка, трусы, длинные хлопковые брюки) сидячего человека равно 25-26оС при влажности 50% и равенстве температуры воздуха и стен. Для обнаженного - 28о С. В условиях температурного комфорта средняя температура кожи = 34o С. По мере выполнения физической работы температура комфорта падает. Для легкой кабинетной работы она равна 22oС.
Когда роль окружающей среды играет вода, то так как она обладает большей теплопроводностью и теплоемкостью, чем воздух, то от тела путем конвекции отводится больше тепла. Если вода находится в движении, то тепло отнимается так быстро, что при окружающей температуре +10оС даже сильная физическая работа не позволяет поддерживать тепловое равновесие, и возникает гипотермия. Если тело находится в полном покое, то для достижения температурного комфорта То воды должна быть 35-36о. Нижний предел термонейтральной зоны зависит от толщины жировой ткани.
Если человек длительное время находится в условиях значительно повышенной или пониженной температуры окружающей среды, то механизмы физической и химической регуляции тепла, благодаря которым в обычных условиях сохраняется постоянство температуре тела, могут оказаться недостаточными: происходит переохлаждение тела — гипотермия, или перегревание — гипертермия.
Гипертермия. Гипертермия наступает при повышении температуры в подмышечной впадине выше 37оС. Предельная температура тела для выживания 42оС (очень коротко 43оС). При этом все терморегуляционные процессы крайне напряжены. В условиях продолжительного теплового стресса при температуре более 40-41оС возникают тяжелые поражения головного мозга - "тепловой или солнечный удар". Тепловой обморок при относительно легком перегревании у людей с нарушением функций сердечно-сосудистой системы больше зависит от недостаточности кровообращения, нежели от механизмов терморегуляции.
Лихорадка. От гипертермии следует отличать такое изменение температуры, когда внешние условия не изменены, но нарушается собственно процесс терморегуляции. Примером такого нарушения может служить инфекционная лихорадка. Одной из причин ее возникновения является высокая чувствительность гипоталамических центров регуляции теплообмена к некоторым химическим соединениям, в частности к бактерийным токсинам. Введение непосредственно в область переднего гипоталамуса минимального количества бактерийного токсина сопровождается многочасовым повышением температуры тела. Жар развивается в результате усиленной выработки тепла с помощью дрожи и максимального сужения сосудов в периферических частях тела, т.е. организм ведет себя как при низкой температуре внешней среды. В период восстановления идет противоположный процесс - с помощью выделения пота и расширения сосудов температура тела падает так же, как когда у человека жар. При этом человек может правильно реагировать на истинные изменения внешней температуры. Механизм появления лихорадочной реакции связан с воздействием лейкоцитарных и бактериальных пирогенов на центральные аппараты терморегуляции.
Гипотермия. Гипотермия — состояние, при котором температура тела ниже 35°С. Быстрее всего гипотермия возникает при погружении в холодную воду. В этом случае вначале наблюдается возбуждение симпатической части автономной нервной системы и рефлекторно ограничивается теплоотдача и усиливается теплопродукция. Последнему способствует сокращение мышц — мышечная дрожь. Через некоторое время температура тела все же начинает снижаться. При этом наблюдается состояние, подобное наркозу: исчезновение чувствительности, ослабление рефлекторных реакций, понижение возбудимости нервных центров. Резко понижается интенсивность обмена веществ, замедляется дыхание, урежаются сердечные сокращения, снижается сердечный выброс, понижается артериальное давление (при температуре тела 24—25°С оно может составлять 15—20 % от исходного). Снижение температуры тела до 26-28оС вызывает смерть от фибрилляции сердца.
В последние годы искусственно создаваемая гипотермия с охлаждением тела до 24—28°С применяется на практике в хирургических клиниках, осуществляющих операции на сердце и ЦНС. Смысл этого мероприятия состоит в том, что гипотермия значительно снижает обмен веществ головного мозга, а следовательно, потребность этого органа в кислороде. В результате становится переносимым более длительное обескровливание мозга (вместо 3—5 мин при нормальной температуре до 15—20 мин при 25— 28°С), а это означает, что при гипотермии больные легче переносят временное выключение сердечной деятельности и остановку дыхания. Гипотермию прекращают путем быстрого согревания тела. Для того, чтобы исключить начальные приспособительные реакции, направленные на поддержание температуры тела при искусственной гипотермии, применяют препараты, выключающие передачу импульсов в автономной нервной системе (ганглиоблокаторы) и прекращающие передачу импульсов с нервов на скелетные мышцы (миорелаксанты).
В старости гипотермия развивается за счет перерегулирования температурных реакций - в норме То тела достигает 35о (феномен, противоположный лихорадке).
Функциональная система поддержания нормальной температуры тела. Температура внутренней среды является одной из самых жестких гомеостатических констант организма. Пределы допустимых колебаний не превышают 20С. Структура ФСТ приведена на рис 54. В качестве исполнительных механизмов этой системы выступают все имеющиеся в наличии аппараты теплопродукции и теплоотдачи. При падении температуры включаются механизмы химической терморегуляции, и продукция тепла нарастает. При увеличении температуры - нарастает интенсивность теплоотдачи. В число исполнительных механизмов ФСТ входит и поведение (например, смена одежды, обмахивание веером и т.п.). Главные центры терморегуляции находятся в гипоталамусе, но и другие отделы мозг а могут участвовать в регуляции температуры тела.
Рис. 53.Схема функциональной системы, поддерживающей температуру тела (по К. Судакову, 1976)