Механизмы адаптации человека к температуре

Во время адаптации организма к охлаждению и нагреванию взаимодействие различных механизмов поддержания оптимального теплового баланса проявляется наиболее отчетливо.

На кратковременное понижение температуры окружающей среды прежде всего реагируют периферические холодовые рецепторы. Сигналы от них по спинальным нервам приходят к нейронам задних рогов спинного мозга. По чувствительным трактам спинного мозга импульсы поступают в таламус. Из ядер таламуса информация поступает в соматосенсорную область коры головного мозга и лимбическую систему, а также в гипоталамус. В результате центр терморегуляции формирует систему механизмов физической и химической терморегуляции, направленных на сохранение нормальной температуры ядра тела даже на холоде.

Исполнительные органы системы терморегуляции активируются в определенной последовательности. В первую очередь в заднем гипоталамусе усиливается эфферентация, адресованная симпатическим нейронам боковых рогов спинного мозга. Повышение частоты им- пульсации в симпатических волокнах приводит к констрикции гладкомышечных клеток кожных артериол и уменьшению теплоотдачи.

Нередко спазм подкожных кровеносных сосудов сменяется их расширением (румянец щек), что обусловлено чувствительностью самих гладкомышечных клеток к холоду. Такая реакция предупреждает повреждение клеток кожи обескровливанием, но усиливает теплоотдачу. При усилении холода рефлекторно открываются артериовенозные анастомозы в коже, благодаря чему уменьшается объем крови, поступающей в капилляры, а, следовательно, ограничивается теплоотдача, и тепло сохраняется в организме. Одновременно с ограничением кровоснабжения кожи усиливается кровоток во внутренних органах (особенно в брюшной полости), что способствует сохранению тепла в ядре тела.

При продолжительном действии холода на организм повышается роль гуморальной регуляции. Включение гуморальных механизмов поддержания постоянства температуры обеспечивает стойкое изменение функционального состояния организма. У людей понижается температурный порог дрожательного термогенеза, механизмы теплопродукции включаются при более низких температурах, увеличивается основной обмен, изменяется природа основных субстратов клеточного дыхания.

На жару реагируют прежде всего периферические тепловые рецепторы. Если высокая температура окружающей среды приводит к увеличению температуры крови в гипоталамусе (хотя бы на сотую долю градуса), то возбуждаются центральные терморецепторы. Сигналы от тепловых рецепторов активируют «гипоталамический термостат», который включает в определенной последовательности систему реакций, обеспечивающих тепловой баланс организма.

При высокой температуре окружающей среды увеличение теплоотдачи происходит преимущественно за счет испарения. Усиление потоотделения происходит рефлекторно за счет активации холинергических влияний по симпатическим волокнам. Вслед за выделением пота расширяются кровеносные сосуды кожи, что обусловлено уменьшением адренергических влияний на а-адренорецепторы гладкомышечных клеток артериол. В результате кровоток в коже усиливается, что приводит к увеличению внешнего и внутреннего тепловых потоков и повышению теплоотдачи организма.

При дальнейшем нагревании тела образование теплоты в организме уменьшается за счет ограничения двигательной активности. В это же время человек усиливает принудительную конвекцию и другие произвольные способы охлаждения. При повторяющихся и длительных воздействиях высокой температуры окружающей среды уменьшается продукция гормонов — активаторов теплопродукции (соматотропина, тироксина и трийодтиронина, глюкокортикоидов, половых гормонов), а также снижается порог потоотделения. Увеличение потоотделения, вызванное последним, не сопровождается большей потерей электролитов.

В теории жизнь возможна в узком диапазоне температур окружающей организм среды, поскольку при 39 °С ресинтез белка замедляется, а при 45 °С белки денатурируют. При О °С белки, как и вода, кристаллизуются. При увеличении температуры тела выше 37 °С у человека развивается гипертермия. Если температура ядра опускается ниже 35 °С, то наступает гипотермия. При температуре тела ниже 33 °С подавляется активность центров терморегуляции, вследствие чего понижается термоустойчивость организма. При температуре тела около 20 °С останавливается сердце и прекращается дыхание.

Несмотря на узкий диапазон температур организма, при которых он сохраняет свою жизнеспособность, человек способен жить и в тропиках (при температуре в тени до 65 °С), и на полюсах Земли, где температура опускается ниже минус 65 °С. Совершенство системы терморегуляции позволяет преодолеть теоретический запрет на жизнь в неблагоприятных климатических условиях.

Контрольные вопросы

• 1. Что называют теплообменом?
• 2. Каких животных называют пойкилотермными и гомойотермными?
• 3. За счет каких процессов образуется теплота в организме?
• 4. Каковы нормальные колебания температуры тела человека?
• 5. Что такое химическая терморегуляция? Каковы ее механизмы?
• 6. Что такое физическая терморегуляция? Каковы ее механизмы?
• 7. Что такое гипертермия? Что такое гипотермия?
• 8. Как меняется терморегуляция при физической нагрузке?
• 9. Как меняется терморегуляция при изменении температуры внешней среды?
• 10. Где расположены терморецепторы?
• 11. Где находятся центры терморегуляции?
• 12. Как осуществляется нервная регуляция теплообмена?
• 13. Как в организме осуществляется регуляция обмена веществ и энергии?

Непрерывное или повторное пребывание в условиях повышенных температуры и влажности воздуха вызывает постепенное приспособление к этим специфическим условиям внешней среды, в результате чего развивается устойчивость организма против теплового стресса. Человек переносит жару значительно легче; выполнение работы становится менее трудным – как объективно (уменьшаются физиологические сдвиги на тепловые воздействия), так и субъективно. Наступает состояние тепловой адаптации – акклиматизации.

Тепловая адаптация обусловлена совокупностью специфических физиологических изменений (табл. 18). Главными из них являются усиление потоотделения, снижение температуры ядра и оболочки тела и уменьшение ЧСС при нагрузке по мере пребывания в условиях повышенной температуры.

Таблица 18.

Адаптационные физиологические изменения в условиях повышенной температуры окружающей среды

Основные механизмы тепловой адаптации направлены на усиление отдачи тепла телом во внешнюю среду. По мере тепловой адаптации происходит усиление потообразования: увеличивается число функционирующих потовых желез, а также количество секретируе-мого пота при выполнении одной и той же физической нагрузки. Снижается температурный порог потоотделения – оно начинается при более низкой температуре кожи и ядра тела и усиливается быстрее с повышением температуры тела.

У адаптированного к жаре человека меньше пота стекает в виде капелек, не испаряясь, так как пот более равномерно распределяется по поверхности тела, чем у неадаптированного человека. В результате возрастает площадь поверхности тела для усиленной теплоотдачи потоиспарением.

Усиление потоиспарения ведет к снижению температуры кожи. Благодаря этому кровь, протекающая в кожных сосудах, охлаждается сильнее, и потому растет температурный градиент “ядро тела – кожа”. Поэтому усиливается физический транспорт тепла (проведением) от глубоких частей тела к его поверхности. Запрос в дополнительном усилении кожного кровотока (циркуляторной конвекции) соответственно снижается.

Главным эффектом усиления адаптивных механизмов теплоотдачи является снижение температуры тела (см. рис. 65). При этом снижается как температура тела в условиях покоя, так и ее прирост в процессе мышечной работы.

В результате тепловой акклиматизации происходит снижение содержания солей в поте, т. е. пот становится более “разбавленным”. С потом теряется относительно больше воды, чем солей, и потому концентрация электролитов в крови повышается. Следовательно, увеличивается осмолярность крови. Повышенная осмолярность вызывает сильное ощущение жажды, которое является механизмом, направленным на компенсацию потерь жидкостей организмом. У неадаптированного человека чувство жажды не во всех случаях достаточно, чтобы обеспечить потребность организма в воде. Адаптированный к жаре человек способен лучше поддерживать водный баланс.

В процессе тепловой адаптации проницаемость кожных капилляров снижается, что уменьшает выход молекул белка из этих сосудов. Содержание белка в тканевой жидкости кожи увеличивается. При тепловых воздействиях он интенсивно перемещается через лимфатическую сеть кожи в циркулирующую кровь. Все это вместе позволяет сохранять ее высокое онкотическое давление и достаточный объем. В целом в результате тепловой адаптации объем циркулирующей крови (в покое) увеличивается, а показатель гематокрита и вязкость крови имеют тенденцию к некоторому снижению.

Тепловая адаптация сопровождается снижением нагрузки на сердечнососудистую систему. На протяжении адаптации к жаре постепенно уменьшается кожный кровоток при нагрузке, хотя даже у полностью адаптированного человека при работе в жарких условиях кожный кровоток больше, чем в нейтральных условиях. Вместе с тем растут возможности эффективного усиления кожного кровотока за счет более быстрого перемещения крови в систему кожных сосудов, приближения кровотока к поверхности (за счет раскрытия сети поверхностных сосудов) и более эффективного его распределения.

На протяжении тепловой адаптации уменьшается степень рабочей вазоконстрикции (сужения сосудов) в чревной и почечной областях, что улучшает кровоснабжение органов брюшной полости во время работы в жарких условиях.

Одним из наиболее заметных физиологических признаков тепловой адаптации служит снижение ЧСС в покое и при мышечной деятельности. Постепенно увеличивается систолический объем, так что на протяжении всего периода пребывания в жарких условиях сердечный выброс не изменяется. Рост систолического объема в процессе тепловой адаптации обусловлен увеличением венозного возврата (центрального объема крови), которое происходит благодаря повышению объема циркулирующей крови и ее более эффективного перераспределения, особенно за счет постепенного уменьшения кожного кровотока.

На протяжении периода тепловой адаптации повышается механическая эффективность выполнения физической работы в жарких условиях, на что указывает прогрессивное снижение потребления О2 при выполнении стандартной (легкой) работы.

В процессе тепловой адаптации снижается тоническая активность симпатической нервной системы, о чем говорит, в частности, прогрессивное уменьшение количества выделяющегося с мочой норадреналина. Важную роль в процессе тепловой акклиматизации играют эндокринные железы. Известно, например, что введение Д-альдостерона вызывает снижение температуры тела и увеличивает продолжительность работы в жарких условиях даже у адаптированных к этим условиям людей. Этот эффект не связан с величиной потоотделения.

Большинство изменений, связанных с тепловой акклиматизацией, происходит особенно быстро на протяжении первых 4-7 дней пребывания в жарких условиях. Процесс тепловой акклиматизации практически полностью заканчивается к 12-14-му дню. Однако максимальное приспособление к повышенным температуре и влажности воздуха наблюдается лишь у постоянных жителей районов с этими условиями.

Тепловая адаптация развивается не только при непрерывном многодневном проживании в жарких условиях, но и при повторных кратковременных (в течение нескольких часов в день) пребываниях в них: в термокамере, в специальной одежде с подогревом или с повышенными теплоизолирующими свойствами. Степень тепловой адаптации невелика, если, находясь в жарких условиях, человек не выполняет физической нагрузки.

Эффекты тепловой адаптации весьма специфичны. Приспособление организма к условиям сухой жары необязательно гарантирует достаточную адаптацию к жарким и влажным условиям. Более того, адаптация к легкой работе (около 25% МПК) в жарких условиях не означает адаптации к выполнению умеренной (50% МПК) или тяжелой (75% МПК и более) работы в этих же условиях.

Эффект тепловой адаптации сохраняется на протяжении нескольких недель после пребывания в условиях повышенной температуры воздуха.

С возрастом переносимость повышенной температуры среды ухудшается. У пожилых и старых людей потоотделение начинается позднее – при более высокой температуре тела, чем у молодых. В ответ на тепловую нагрузку кожный кровоток увеличивается у пожилых людей; значительнее, но максимальные возможности такого усилениях меньше, чем у молодых. После пребывания в условиях жары у пожилых и старых людей температура тела более медленно возвращается к норме.