Саморегуляция организма человека в условиях изменения температуры окружающей среды

тепло тела Терморегуляция человека – набор чрезвычайно важных механизмов, поддерживающих стабильность температурного режима организма в разных условиях внешней среды. Но почему человек так нуждается в неизменной температуре тела, и что будет, если она начнет колебаться? Как протекают терморегуляционные процессы и что делать, если природный механизм дает сбой? Обо всем этом — ниже.

Что такое терморегуляция организма человека

Человек, как и большинство млекопитающих — гомойотермное создание. Гомойотермия – это способность организма обеспечивать себе постоянство уровня температуры, в основном с помощью физиолого-биохимических реакций.

Терморегуляция организма человека – это эволюционно сформировавшийся набор механизмов, которые срабатывают за счет гуморальной (посредством жидкой среды) и нервной регуляции, метаболизма (обмена веществ) и энергетического обмена. Различные механизмы имеют различные способы и условия срабатывания, поэтому их активация зависит от времени дня, пола человека, числа прожитых лет и даже положения Земли на орбите.

тепловая карта

Тепловая карта человека

Терморегуляция в организме человека выполняется рефлекторно. Специальные системы, действие которых направлено на контроль температуры, регулируют интенсивность отдачи или поглощения тепла.

Система терморегуляции человека

Поддержание температурного режима тела на постоянном заданном уровне осуществляется при помощи двух противоположных механизмов терморегуляции организма человека — отдачи и продукции тепла.

Механизм теплопродукции

Механизм теплопродукции, или химическая терморегуляция человека – процесс, способствующий повышению температуры организма. Он имеет место при всех обменах веществ, но, по большей мере, в мышечных волокнах, клетках печени и клетках бурых жировых отложений. Так или иначе, в продуцировании тепла участвуют все тканевые структуры. В каждой клетке человеческого тела происходят окислительные процессы, расщепляющие органические вещества, в ходе которых какая-то доля выделяемой энергии уходит на нагревание организма, а основное количество – на синтезирование аденозинтрифосфатной кислоты (АТФ). Это соединение является удобной формой для накопления, транспортировки и эксплуатации энергии.

молекула АТФ

Так выглядит молекула АТФ

Во время понижения температуры рефлекторным образом понижается и скорость обменных процессов в человеческом теле, и наоборот. Химическая регуляция активизируется в тех случаях, когда физической составляющей теплообмена не хватает для поддержания нормального температурного значения.

Механизм теплопродукции активизируется при поступлении сигналов от холодовых рецепторов. Это происходит, когда температура окружающей среды становится ниже так называемой «зоны комфорта», которая для легко одетого человека лежит в температурных рамках от 17 до 21 градуса, а для голого человека составляет приблизительно 27-28 градусов. Стоит отметить, что для каждого индивидуума «зона комфорта» определяется индивидуально, она может меняться в зависимости от состояния здоровья, массы тела, места проживания, времени года и т.п.

температура тела

Чтобы повысить выработку тепла в организме включаются механизмы термогенеза. Среди них выделяют следующие.

1. Сократительный.

Этот механизм активизируется за счет работы мышц, в ходе которой ускоряется разложение аденозитрифосфата. При его расщеплении выделяется вторичная теплота, эффективно согревающая тело.

Сокращения мышц в таком случае происходят непроизвольно — при поступлении импульсов, исходящих из коры головного мозга. Как результат, в теле человека можно наблюдать значительное (до пяти раз) повышение выработки тепла.

кожа в холод

Так кожа реагирует на холод

При незначительном понижении температуры увеличивается терморегуляционный тонус, что наглядно проявляется в появлении на коже «мурашек» и поднятии волосков.

Неконтролируемые мышечные сокращения при сократительном термогенезе называют холодовой дрожью. Повысить температуру организма при помощи сокращений мышц можно и осознанно – проявляя двигательную активность. Физическая нагрузка способствует повышению теплопродукции до 15 раз.

2. Несократительный.

Данный вид термогенеза может повысить теплопродукцию почти втрое. В его основе лежит катаболизм (расщепление) жирных кислот. Этот механизм регулируется при помощи симпатической нервной системы и гормонов, выделяемых щитовидной железой и мозговым веществом надпочечников.

Механизм теплоотдачи

Механизм теплоотдачи, или физическая составляющая терморегуляции – это процесс избавления организма от лишнего тепла. Постоянное значение температуры поддерживается за счет выведения тепла через кожу (путем кондукции и конвекции), радиации и выведения влаги.

Часть теплоотдачи происходит за счет теплопроводности кожи и слоя жировой клетчатки. Процесс регулируется по большей части кровообращением. При этом тепло от кожи человека отдается твердым предметам при прикасании к ним (кондукция) или окружающему воздуху (конвекция). Конвекция составляет значимую часть теплоотдачи — в воздух передается 25-30% человеческого тепла.

Радиация или излучение — это перенос энергии человека в пространство или на окружающие предметы, имеющие более низкую температуру. С излучением уходит до половины человеческого тепла.

И, наконец, испарение влаги с поверхности кожи или из дыхательных органов, на которое приходится 23-29% потери тепла. Чем больше показатель температуры тела превышает норму, тем активнее организм охлаждается при помощи испарения — поверхность тела покрывается потом.

В случае, когда температура окружающей среды значительно превышает внутренний показатель организма, испарение остается единственным действенным механизмом охлаждения, все прочие перестают работать. Если же высокая внешняя температура еще сопровождается повышенной влажностью, которая затрудняет потоотделение (т.е. испарение воды), то человек может перегреться и получить тепловой удар.

теплоотдача

Рассмотрим механизмы физической регуляции температуры тела более подробно:

Перспирация

Суть этого вида теплоотдачи состоит в том, что энергия направляется в окружающую среду путем испарения влаги с кожного покрова и слизистых оболочек, устилающих дыхательные пути.

Этот вид теплоотдачи — один из наиважнейших, поскольку, как уже отмечалось, может продолжаться в среде с высокой температурой, при условии, что процент влажности воздуха будет меньше 100. Это объясняется тем, что чем выше влажность воздуха, тем хуже вода будет испаряться.

Важным условием для эффективности перспирации является циркуляция воздуха. Поэтому если человек будет в непроницаемой для воздухообмена одежде, то пот через какое-то время потеряет возможность испаряться, поскольку влажность воздуха под одеждой превысит 100%. Это приведет к перегреву.

В процессе потоотделения энергия человеческого организма тратится на то, чтобы разорвать молекулярные связи жидкости. Теряя молекулярные связи, вода принимает газообразное состояние, а тем временем излишек энергии выходит из организма.

потение

Испарение воды со слизистых оболочек дыхательных путей и испарение через поверхностную ткань — эпителий (даже когда кажется, что кожа сухая) называется неощутимой перспирацией. Активная работа потовых желез, при которой происходит обильное потоотделение и теплоотдача, называется ощутимой перспирацией.

Излучение электромагнитных волн

Данный способ теплоотдачи работает за счет излучения инфракрасных электромагнитных волн. По законам физики, любой объект, температура которого поднимается выше температуры окружающей среды, начинает отдавать тепло посредством излучения.

инфракрасное излучение

Инфракрасное излучение человека

Чтобы не допустить чрезмерной утечки тепла таким способом, человечество изобрело одежду. Ткань одежды помогает создать воздушную прослойку, температура которой принимает значение температуры тела. Это уменьшает излучение.

Количество тепла, рассеиваемого объектом, пропорционально площади поверхности излучения. Это означает, что, меняя положение тела, можно регулировать свою теплоотдачу.

Кондукция

Кондукция или теплопроведение происходит при прикосновении человека к любому другому предмету. Но избавление от излишка тепла может произойти только в том случае, если объект, с которым человек вступил в контакт, имеет более низкую температуру.

Важно помнить, что воздух с низким процентом влажности и жир имеют малое значение теплопроводности, поэтому являются теплоизоляторами.

Конвекция

Суть этого способа теплоотдачи заключается в перенесении энергии циркулирующим вокруг тела воздухом, при условии, что его температура будет ниже температуры тела. Прохладный воздух в момент контакта с кожей прогревается и устремляется наверх, замещаясь новой дозой холодного воздуха, находящегося ниже из-за высокой плотности.

кондукция и конвекция

Одежда играет важную роль в том, чтобы при конвекции тело не отдало слишком много тепла. Она представляет собой барьер, замедляющий воздушную циркуляцию и, тем самым, конвекцию.

Центр терморегуляции

Центр терморегуляции человека находится в головном мозге, а именно – в гипоталамусе. Гипоталамус – это часть промежуточного мозга, которая включает в себя множество клеток (около 30 ядер). Функции этого образования заключаются в поддержании гомеостаза (т.е. способности организма к саморегуляции) и деятельности нейроэндокринной системы.

гипоталамус

Одной из самых важных функций гипоталамуса является обеспечение и контроль действий, направленных на терморегуляцию тела.

При выполнении этой функции в центре терморегуляции у человека происходят такие процессы:

Периферические и центральные терморецепторы передают информацию в передний отдел гипоталамуса.
В зависимости от того, в нагревании или в охлаждении нуждается наш организм, активизируется центр теплопродукции либо центр теплоотдачи.

При передаче импульсов от рецепторов холода начинает функционировать центр теплопродукции. Он находится в задней части гипоталамуса. От ядер по симпатической нервной системе двигаются импульсы, повышающие скорость обменных процессов, сужающие сосуды, активизирующие скелетные мышцы.

Если организм начинает перегреваться, то начинает активно работать центр теплоотдачи. Он находится в ядрах переднего отдела гипоталамуса. Возникающие там импульсы являются антагонистами механизма теплопродукции. Под их влиянием у человека происходит расширение сосудов, повышается потоотделение, — организм охлаждается.

схема терморегуляции

В терморегуляции человека принимают участие также другие отделы центральной неравной системы, а именно кора больших полушарий мозга, лимбическая система и ретикулярная формация.

Основная функция температурного центра в головном мозге – поддержание постоянного температурного режима. Он определяется суммарным значением температуры организма, когда оба механизма (теплопродукция и теплоотдача) активны менее всего.

Органы внутренней секреции также играют немаловажную роль в терморегуляции тела человека. При пониженной температуре щитовидная железа увеличивает продукцию гормонов, которые ускоряют обменные процессы. Надпочечники владеют способностью контролировать теплоотдачу за счет гормонов, регулирующих процессы окисления.

схема терморегуляции

Нарушения терморегуляции организма: причины, симптомы и лечение

Нарушением терморегуляции называют внезапные изменения температуры тела или отклонения от нормы в 36,6 градусов по Цельсию.

Причинами температурных колебаний могут стать как внешние факторы, так и внутренние, например, заболевания.

Специалисты различают следующие нарушения терморегуляции:

озноб;
озноб при гиперкинезе (непроизвольных мышечных сокращениях);
гипотермия (переохлаждение организма). Гипотермии посвящена отдельная статья на нашем сайте;
гипертермия (перегрев организма).

Причин нарушений терморегуляции множество, самые распространенные из них приведены ниже:

Приобретенный или врожденный дефект гипоталамуса (если проблема в этом, то перепады температуры могут сопровождаться сбоями в работе желудочно-кишечного тракта, органов дыхания, сердечно-сосудистой системы).
Перемена климата (как внешний фактор).
Злоупотребление алкогольными напитками.
Следствие процессов старения.
Психические расстройства.
Вегетососудистая дистония (на нашем сайте вы можете прочитать о температурных перепадах при ВСД).

В зависимости от причины, перепады температуры могут сопровождаться различными симптомами, частыми из которых являются лихорадка, головная боль, потеря сознания, сбои в работе пищеварительной системы, ускоренное дыхание.

При нарушениях регуляции температуры организмом нужно обратиться к неврологу. Основные принципы лечения данной проблемы заключаются в:

приеме препаратов, воздействующих на эмоциональное состояние пациента (если причина в расстройствах психики);
приеме препаратов, оказывающих влияние на деятельность центральной нервной системы;
приеме лекарств, способствующих усиленной теплоотдаче в сосудах кожи;
общей терапии, в которую входит: физическая активность, закаливание, здоровое питание, прием витаминов.

Источник

Терморегуляция при изменениях температуры внешней среды

Холодовое воздействие

В ответ на охлаждение происходит возбуждение холодовых рецепторов кожи, импульсация от них поступает в центры гипоталамуса. От центра терморегуляции идут сигналы к эффекторам, в результате прежде всего уменьшается потоотделение, изменяется поза, происходит снижение притока крови на периферию посредством сужения сосудов. При воздействии холода сосуды кожи, главным образом артериолы, суживаются, поэтому большая часть крови поступает в сосуды внутренних областей тела. В поверхностных слоях кожи циркулирует меньшее количество крови, кожа охлаждается, поэтому уменьшается излучение и проведение тепла в окружающую среду. У человека по мере прохождения крови по крупным артериям рук и ног ее температура значительно снижается. Прохладная венозная кровь, возвращаясь внутрь тела по сосудам, расположенным близ артерий, получает большую долю тепла, отдаваемого артериальной кровью (противоточный теплообмен), что способствует возвращению части тепла к внутренним областям тела. При температуре воздуха, близкой к нулю, такая система не выгодна, так как в результате интенсивного обмена тепла между артериальной и венозной кровью температура конечностей может упасть ниже точки замерзания (отморожение).

При более интенсивном холодовом воздействии, когда, несмотря на сужение поверхностных сосудов и минимальное потоотделение, уровень средней температуры становится ниже, чем величина установочной температуры, активизируются процессы теплопродукции.

Это может происходить за счет механизмов теп-лопродукции:

1. сократительного термогенеза – продукции тепла в результате сокращения скелетных мышц (произвольная активность локомоторного аппарата; терморегуляционный тонус; холодовая мышечная дрожь);

2. несократительного (недрожательного) термогенеза – продукции тепла за счет активации гликолиза, гликогенолиза и липолиза в скелетных мышцах, печени, в буром жире.

При охлаждении происходит увеличение притока афферентных нервных импульсов от холодовых рецепторов кожи в гипоталамус. В результате его нейроны возбуждаются и посылают через ядра среднего и продолговатого мозга поток эфферентных нервных импульсов к мотонейронам спинного мозга, которые усиливают ритмическую импульсацию, идущую к скелетным мышцам шеи, туловища и конечностей. Первоначально это проявляется в росте тонического напряжения мышцы, сокращений она при этом не совершает. При сравнительно слабом охлаждении в мышцах при их видимом покое возникают одиночные сокращения отдельных волокон, что позволяет повысить общую теплопродукцию на 20 – 40%. В терморегуляционный тонус последовательно вовлекаются мышцы подбородка, шеи, верхнего плечевого пояса, туловища, сгибатели конечностей. Этим объясняется принятие определенной позы, уменьшающей площадь поверхности тела, контактирующей с внешней средой. При дальнейшем охлаждении, когда начинается снижение внутренней температуры организма, возникают непроизвольные периодические сокращения скелетной мускулатуры (холодовая дрожь). В этом случае совершается минимальная механическая работа, и почти вся метаболическая энергия в мышце освобождается в виде тепла. Теплопродукция организма человека при холодовой мышечной дрожи увеличивается в 2 – 3 раза и более.

Одновременно через симпатический отдел вегетативной нервной системы и железы внутренней секреции происходит стимуляция обмена веществ, т. е. несократительного термогенеза. При действии холода нарастает выработка тропных гормонов гипофиза, происходит выброс катехоламинов из надпочечников и тироксина из щитовидной железы. Эти гормоны активируют ферменты, катализирующие гликогенолиз в скелетных мышцах и печени, а также липолиз в жировой ткани. В кровоток выделяются и в последующем окисляются с образованием большого количества тепла свободные жирные кислоты и глюкозофосфаты. Под влиянием гормонов происходит разобщение процессов окисления и фосфорилирования, поэтому большая часть энергии превращается в тепло. Норадреналин и адреналин вызывают быстрое, но непродолжительное повышение теплопродукции. Более продолжительное усиление обменных процессов достигается под влиянием гормонов щитовидной железы – тироксина и трийодтиронина.

За счет сократительного и несократительного термогенеза теплообразование может возрастать в 3–5 раз по сравнению с теплообразованием в условиях относительного покоя.

Следующая глава >