Химическая и физическая терморегуляция

Процессы теплообмена крайне важны для жизнеобеспече­ния. Поддержание постоянства температуры организма (так на­зываемый температурный гомеостазис) является необходимым условием жизни человека (не случайно температура тела па­циента служит врачу надежным показателем состояния здо­ровья). Поэтому все процессы, отображенные в уравнении теп­лового баланса, имеют в организме надежную регуляцию. Различают механизмы химической и физической терморегу­ляции.

Под химической терморегуляцией понимают возможность усиления или ослабления теплопродукции за счет изменения интенсивности окислительных процессов. Следовательно, хими­ческая терморегуляция обеспечивается влияниями на обмен ве­ществ (метаболизм). Поэтому теплопродукция в уравнении теп­лового баланса обозначена буквой М. Нужно заметить, что сам по себе метаболизм столь важен в организме, что изменять его в целях поддержания определенной температуры крайне неце­лесообразно. Организм прибегает к химической терморегуля­ции только в особых случаях. В обычных условиях основным способом поддержания температурного гомеостазиса является физическая терморегуляция, то есть регуляция механизмов теп­лоотдачи: теплопроводности, конвекции, теплоизлучения, испа­рения.

Отметим еще раз, что теплообмен организма с окружающей средой происходит на поверхности тела. Как же осуществляет­ся перенос тепловой энергии от внутренних органов и тканей к поверхности? Коэффициент теплопроводности тканей имеет низкое значение, поэтому роль теплопроводности в отведении тепловой энергии от внутренних органов к поверхности кожи и слизистых оболочек невелика Основное значение в этом про­цессе, а значит, в обеспечении терморегуляции внутренних ор­ганов принадлежит кровообращению.

Теплоемкость крови велика (такая же, как у воды), и нор­мальный кровоток достаточен для эффективного отвода тепла от внутренних органов к открытым поверхностям. Регуляция такого теплопереноса осуществляется главным образом за счет усиления или ослабления кровотока, то есть посредством сосу­дистых реакций. При необходимости отдать больше тепла кро­веносные сосуды кожи и слизистых оболочек расширяются, что приводит к значительному увеличению массы циркулирующей в них крови, имеющей температуру глубоких тканей, а следова­тельно, и к возрастанию теплоотдачи. Для уменьшения тепло­отдачи происходит сужение кожных сосудов.

У человека значительная потеря тепла происходит через кисти рук и стопы. Немудрено, что при переходе от холода к теплу кровообращение в руке человека усиливается в 30 раз, а в пальцах —в 600 раз.

У кроликов и зайцев важнейшим теплообменником служит ушная раковина, лишенная волосяного покрова на внутренней поверхности. У мелких грызунов — хвост, у птиц — конечности (особенно при погружении их в воду), у рогатых животных — рога (например, у коз около 12% тепла покидает организм че­рез рога).

Из сказанного следует, что физическая терморегуляция яв­ляется многофакторной системой, весьма эффективно обеспечивающей температурный гомеостазис(постоянство температуру организма). Многофакторность физической терморегуляции по­зволяет регулировать температуру тела в различных условиях: при исключении одних механизмов работают другие.

Например, у человека в состоянии относительного покоя при температуре внешней среды 293 К (суммарное теплообразова­ние — M = ΣQ_i = 100 ккал-ч^-1) роль разных путей теплообме­на характеризуется следующими относительными величинами: теплопроведение — 0, конвекция—15%, радиация (теплоизлу­чение)— 66%, испарение—19%. Зная М, нетрудно рассчитать Q_T, Q_C , Q_R, Q_E Уравнению теплового баланса организма.

При тяжелой физической работе (М — 600 ккал-ч~') и той же температуре соотношение вкладов разных способов теплоот­дачи в температурный гомеостазис изменяется: теплопроведе­ние— 0, конвекция—15%, радиация—12%, испарение — 75%.

При T_среды>T_кожи , как уже говорилось, вся теплоотдача обеспечивается только одним механизмом — испарением воды с поверхности кожи (когда потоотделение недостаточно, можно поливать кожу водой).

Среди так называемых дополнительных механизмов термо­регуляции нужно иметь в виду потери тепла на нагревание хо­лодной пищи, а также теплопотери с мочой и калом. Их значе­ние невелико Так, если съесть даже килограмм мороженого (его Т=273 К), то дополнительная теплоотдача составит всего около 50 ккал.

Наряду с химической и физической терморегуляцией, суще­ственная роль в поддержании температурного гомеостазиса при­надлежит теплоизоляции организма от внешней среды. Тепло­изоляция осуществляется главным образом жировой тканью, шерстью на коже животных. Человек создал для этого одежду и жилища.