Регуляция обмена веществ и механизмы теплорегуляции
36 |
Химическая и физическая теплорегуляция.Температура тела человека, обычно измеряемая в подмышечной впадине, мало изменяется в течение суток, колеблясь в пределах 36—37° С (рис.80) Наименьшая суточная температура ночью в 2—4 ч, наибольшая —
18 20 22 24 2 Время суток, часы
Рис. 80. Суточные колебания температуры в прямой кишке взрослого человека
в 16—17 ч. Относительное постоянство температуры (изотермия) обеспечивает всем органам и тканям одно из важнейших условий жизни — независимость от колебаний температуры внешней среды. Эта независимость температуры тела от колебаний температуры внешней среды обусловлена балансом между теплопроизвод-ством — химической теплорегуляцией и теплоотдачей — физической теплорегуляцией.
Химическая теплорегуляция состоит в изменении интенсивности окисления в организме белков, жиров и углеводов, которое сопровождается освобождением тепла (стр. 202). Интенсивность обмена белков, жиров и углеводов обусловлена главным образом уровнем функционирования органов и тканей. Но, кроме того, она зависит также от изменений температуры внешней среды, действующей на рецепторы кожи (рис. 81). При повышении температуры внешней среды обмен веществ в организме рефлекторно снижается, что приводит к уменьшению теплообразования, а при понижении температуры внешней среды обмен веществ рефлекторно повышается — и теплообразование увеличивается.
Нижняя зона, повышения обмена. | Зона, безразличия | Зона, понижения обмена. | Верхняя зона. ../ повышения од~мена / < / / / |
\ \ \ \ ч \ | / / / / / / / /Уровень основного обмена, / 6 зоне безразличия | ||
i j^ | \ | ^ ____ У i | i i t |
0° 5' |
25° 30° 35° 40° 45° t
Рис. 81. Изменения обмена веществ у человека при различной температуре внешней среды
Регуляция обмена веществ и теплообразования, или химическая теплорегуляция, производится нервным и нервно-гуморальным механизмами: а) рефлекторно — притоком центробежных импульсов к органам и тканям и б) посредством гормонов, которые поступают в кровь благодаря центробежным импульсам, приходящим из нервной системы в железы внутренней секреции. В регуляции обмена веществ особенно большое участие принимают гипофиз, щитовидная железа, поджелудочная железа как орган внутренней секреции и надпочечники. Гормоны этих желез, поступая в кровь, вызывают значительные изменения белкового, жирового, углеводного, минерального и водного обмена. Изменение обмена веществ через кровь производят также медиаторы.
Увеличение уровня обмена веществ в органе, вызванное нервной системой, повышает освобождение энергии и его работоспособность, а уменьшение уровня обмена веществ понижает освобождение энергии и его работоспособность. Это корригирующая, или трофическая, функция нервной системы.
Кроме того, существует условнорефлекторная регуляция обмена веществ и температуры тела. Изменения обмена веществ и
8* 227
теплорегуляции у людей происходят при психических воздействиях и расстройствах психики и при гипнотических внушениях в условиях полного покоя и отсутствия мышечной работы.
Физическая теплорегуляция состоит в основном в изменениях кровоснабжения кожи, потоотделения и дыхания, которые повышают или понижают теплоотдачу. Изменение кровоснабжения кожи регулируется нервной системой путем безусловных и условных рефлексов. Ведущая роль в регуляции кровоснабжения кожи принадлежит лобным долям больших полушарий, мозжечку и промежуточному мозгу, особенно гипоталамической области, где находятся высшие центры вегетативной нервной системы, которые по центробежным симпатическим и парасимпатическим нервам регулируют работу сердца и просвет кровеносных сосудов кожи. Нервная система регулирует также поступление в кровь гормонов, изменяющих кровоснабжение кожи, особенно гормонов гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, поджелудочной железы и половых желез. Потоотделение регулируется теми же вегетативными нервными центрами и гормонами (о регуляции дыхания см. стр. 164).
Повышение температуры тела сверх нормальной при нарушении теплорегуляции называется лихорадкой. Для лихорадки характерно увеличение обмена веществ в 1,5—2 раза, особенно окисления белков, дающего около 30% теплопроизводства. Лихорадка наступает в результате увеличения теплопроизводства или уменьшения теплоотдачи. При лихорадке нарушаются функции нервной системы, что вызывает бред, потерю сознания, расстройства деятельности сердечно-сосудистой системы, дыхания и др.
Роль кожи в теплоотдаче. Кожа участвует в теплоотдаче посредством: 1) теплоизлучения, или отдачи тепла окружающему воздуху, 2) теплопроведения, или непосредственной отдачи тепла тем предметам, которые соприкасаются с ней, и 3) испарением воды (пота) с поверхности кожи. В покое при средней температуре 18—22° С 70—80% тепла отдается кожей в окружающую среду теплоизлучением и тешюпроведением, -а испарением воды в ней (потоотделением) и в легких — около 20%. Отдача тепла нагреванием выдыхаемого воздуха, мочой и калом ничтожна и составляет только 1,5—3% общей теплоотдачи. В покое при низких температурах около 90% тепла отдается кожей путем теплоизлучения и теплопроведения.
Кожа — плохой проводник тепла. Ее теплопроводность зависит от содержания в ней воды и, следовательно, от притока крови. Теплопроводность воды, содержащейся в соединительнотканном слое кожи, выше теплопроводности составных элементов этого слоя, и при увеличении содержания в нем воды увеличивается. Влажная кожа проводит тепло лучше сухой, а кожа, богатая кровью, — лучше обескровленной. Наоборот, чем меньше воды в коже, тем ниже ее теплопроводность, тем выше ее теплоизолирующие свойства. Для уменьшения теплоотдачи и сохранения тепла большое значение имеет подкожный жировой слой, плохо
проводящий тепло. Чем больше жира в подкожной клетчатке, тем легче человек сохраняет температуру тела на холоде.
Температура кожи тем выше, чем больше протекает через нее крови. Приток крови к коже человека колеблется в очень широких пределах (на 1 м2 кожи в 1 мин): от 15 см3 при полном сужении сосудов до 1200 см3 при полном расширении сосудов. Существенное значение имеет также скорость кровотока через кожу.
Изменения кровоснабжения кожи, приводят к изменениям теплоизлучения и теплопроведения. В покое эти изменения происходят при отклонении от теплового равновесия, которое для человека в комнатном костюме наблюдается при температуре воздуха 22—24°С, а в трусах и майке — при 28°С и 56%-ной относительной влажности. Теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением зависит от разности температур кожи и внешней среды: чем выше температура кожи, тем больше теплоотдача. Если температура внешней среды повышается, артериолы и капилляры кожи расширяются, кожа краснеет, увеличивается количество протекающей через нее крови и повышается ее температура, что приводит к повышению теплоотдачи. Увеличение количества крови, протекающей через кожу, происходит за счет примешивания к циркулирующей депонированной крови. Но так как разница температуры кожи и внешней среды с повышением температуры кожи уменьшается, то абсолютная величина теплоотдачи при высоких температурах внешней среды меньше, чем при низких. При температуре воздуха 34—35оС теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением прекращается и сохраняется только теплоотдача испарением пота. При высокой температуре воздуха повышенная его влажность уменьшает испарение пота, поэтому снижается теплоотдача и увеличивается температура кожи. Наоборот, на холоде артериолы и капилляры кожи суживаются, кожа бледнеет, количество протекающей через нее крови уменьшается, температура кожи становится ниже, разница температур кожи и внешней среды сглаживается и теплоотдача уменьшается. Повышенная влажность при низкой температуре воздуха благодаря повышению его теплопроводности увеличивает теплоотдачу и снижает температуру кожи. Резкое снижение температуры кожи вызывает также ветер,- увеличивающий теплоотдачу с ее поверхности.
Поверхность кожи имеет существенное значение в теплоотдаче излучением и проведением тепла. Гладкие мышечные волокна волосяных сумок при высокой температуре внешней среды расслабляются, что сопровождается увеличением поверхности кожи и повышает теплоотдачу путем излучения и проведения тепла. Наоборот, на холоде мышечные волокна волосяных сумок сокращаются, что приводит к уменьшению поверхности кожи и снижает теплоотдачу излучением и проведением. На холоде человек стремится уменьшить поверхность тела, приведя согнутые руки и ноги к туловищу и пригибая к нему голову/При высокой температуре вследствие расправления туловища, разгибания рук и ног и их отведения от туловища поверхность кожи увеличивается.
Теплоотдача путем испарения пота. Особенно большое значение для регуляции отдачи тепла имеет испарение воды с поверхности кожи. Оно происходит за счет проникновения воды из глубоких тканей на поверхность кожи, а главным образом — увеличения потоотделения. Испарением 1 дм3 воды с поверхности кожи или слизистых оболочек организм человека теряет 580 ккал. При средней температуре внешней среды взрослый человек теряет испарением воды с кожи 400—500 ккал в сутки. Кроме того, ежесуточно испаряется в легких 300—400 см3 воды, что приводит к потере 175—230 ккал. Если температура внешней среды высокая и температура воздуха достигает температуры тела, испарение воды с поверхности кожи и легких становится единственным путем теплоотдачи. Тогда в покое испаряется больше 100 см3 пота в час и его испарением теряется около 60 ккал в час. Потеря воды в процессе теплорегуляции в жарком климате может быть во много раз больше, чем все другие потери воды организмом человека. В исключительных случаях, когда температура воздуха 35° С и он предельно насыщен водяными парами, потоотделение может доходить в течение нескольких часов до 3,5 дм3 в час. В этих условиях испаряется только незначительная часть пота, а остальная пропитывает одежду и льется на землю.
Испарение воды с поверхности кожи и легких зависит от относительной влажности воздуха; оно прекращается в воздухе, насыщенном водяными парами. Поэтому пребывание во влажном горячем воздухе переносится человеком с трудом, например, в бане. Человек чувствует себя плохо в сыром воздухе даже при сравнительно невысокой температуре в 30° С. Перегревание в воздухе, насыщенном водяными парами, особенно опасно. Наоборот, в сухом воздухе сравнительно легко переносится значительно более высокая температура. Пот эмульгирует жиры кожи, поэтому потоотделение обезжиривает кожу, что способствует потере тепла. Интенсивность потоотделения зависит как от температуры кожи, так и от температуры тела. Потоотделение и содержание минеральных солей в поте отражает приспособление организма к новым условиям внешней среды. В первые 3—4 дня нахождения человека в условиях высокой температуры внешней среды значительно увеличивается температура тела и кожи, что приводит к усиленному потоотделению. Через несколько дней в результате акклиматизации значительно снижается содержание солей в поте, что ускоряет его испарение.
Во время мышечной работы отдача тепла происходит испарением, причем теплоотдача испарением пота увеличивается резко — до 90% всего отдаваемого тепла. Если производится работа средней интенсивности (хождение на лыжах), потоотделение усиливается даже при низкой температуре воздуха (0° С и ниже), а при очень тяжелой мышечной работе в горячих цехах оно достигает до 15 дм3 в сутки. Большие потери пота приводят к потере больших количеств минеральных солей. При потере 5—10 дм3 пота теряется 25—50 г поваренной соли. Если при обильном потоотде-
лении жажда удовлетворяется водой, то вследствие потери значительных количеств солей наступают тяжелые расстройства нервной системы, которые проявляются в судорогах и других нарушениях функций. Недостаток солей в организме появляется уже при потере 2 дм3 пота; этот недостаток солей восполняется питьем воды, содержащей 0,5—0,6% поваренной соли, которую рекомендуется пить при большом длительном потоотделении.
Тепловой и солнечный удары и оказание первой помощи. Тепловой удар —это нарушение функций организма при его перегревании, вызванном чрезмерным поступлением тепла из внешней среды. Тепловой удар наступает при повышении температуры воздуха сверх 35° С; его относительной влажности выше 80—90% и его неподвижности. В этих условиях в результате приближения относительной влажности к 100% резко падает или прекращается теплоотдача посредством испарения при отсутствии теплоотдачи теплоизлучением и теплопроведением. Возникновению теплового удара способствует увеличение теплопроизводства после большого приема пищи и особенно во время мышечной работы, например, при ходьбе, или беге. Следует учесть, что опасное перегревание организма при почти 100%-ной относительной влажности, прекращающей испарение, может наступить во время очень интенсивной мышечной работы даже при невысокой температуре воздуха — 20—25° С.
Скорость наступления и степень перегревания организма при нарушении теплорегуляции, приводящего к тепловому удару, различны у разных людей и зависят не только от внешних факторов, но и от индивидуальных особенностей.
Тепловой удар чаще и быстрее наступает у людей, у которых нарушены функции вегетативной нервной системы, обмена веществ, сердечно-сосудистой системы, желез внутренней секреции. Тепловой удар наступает: 1) во время длительных туристских походов при недостаточной тренировке, особенно в субтропиках и тропиках; 2) по время военных маршей в жаркие летние дни; 3) при тяжелой мышечной работе в жаркие дни при большой относительной влажности воздуха; 4) при продолжительном пребывании в закрытом помещении с высокой температурой, если это сочетается с тяжелой мышечной работой, например, у работающих в горячих цехах.
Перегревание организма вызывает усиленное потоотделение с большой потерей воды и солей, приводящей к сгущению крови и повышению ее вязкости, что нарушает кровообращение и вызывает кислородное голодание. Головной мозг и внутренние органы переполняются кровью и в них появляются множественные кровоизлияния.
При легкой форме теплового удара наблюдаются: нарушение Движений, головная боль, тошнота, учащение пульса и дыхания, расширение зрачков, температура тела нормальна или незначительно повышена; при средней форме — резкое нарушение движений, сильная головная боль, обмороки, тошнота и рвота,
значительное учащение пульса и дыхания, усиленное потоотделение, повышение температуры тела до 39—40° С.
Солнечный удар — это тяжелое поражение центральной нервной системы, вызванное продолжительным или интенсивным действием на непокрытую голову прямых палящих солнечных лучей. При солнечном ударе, как и при тепловом, может быть общее перегревание организма. Солнечный удар наступает под лучами солнца, если человек находится в покое, например, во время длительного лежания, особенно во время сна. Возникновению солнечного удара способствуют непривычка к перегреванию и лежанию под лучами солнца, переполнение желудка, опьянение, интенсивная работа при большой относительной влажности воздуха и его неподвижности. Для солнечного удара характерны головная боль, головокружение, тошнота, рвота, расстройства зрения, шум в ушах, общая вялость, покраснение кожи лица и головы, повышение температуры тела сначала до 38—39° С, а затем до 40° С и больше, резкое учащение пульса и дыхания, а затем потеря сознания, повышение температуры тела до 42—44° С и даже до 46—47° С, расстройство сердечной деятельности и дыхания, бред, судороги. Перегревание тела, вызывающее тепловой и солнечный удары, быстрее наступает при ношении плотной, темной, резиновой, прорезиненной или кожаной одежды, затрудняющей теплоотдачу.
У детей тепловой удар может наступить в туристских походах, при длительных спортивных соревнованиях, интенсивной мышечной работе в жаркие дни в условиях высокой относительной влажности, сельскохозяйственном труде, особенно на юге. В этих условиях может наступить и солнечный удар. Для предупреждения теплового удара необходимо: 1) надевать легкую, не чрезмерно теплую, соответствующую температуре воздуха одежду, которая обладает хорошей воздухопроводностью и гигроскопичностью, не допускает перегревания и обеспечивает испарение пота; 2) в походе строго соблюдать правила передвижения только в прохладные часы, разомкнутым строем, устраивать привалы в тенистых, хорошо продуваемых местах; 3) соблюдать правила питьевого режима, восполнять потери воды испарением, но избегать неограниченного питья, вызывающего сильное потоотделение, бесполезное для теплоотдачи, вместо воды пить холодный чай, хлебный квас; 4) запретить употребление спиртных напитков, ограничить употребление белковой и жирной пищи, увеличить потребление углеводов, молочной пищи, основной прием пищи производить в вечерние часы (40% суточного рациона на ужин), избегать переполнения желудка; 5) соблюдать гигиенические условия труда, применять во время работы в горячих цехах воздушные или водяные души, обливания, пить подсоленную газированную воду.
Для предупреждения солнечного удара, кроме мероприятий, перечисленных выше в первых четырех пунктах, необходимо: 1) надевать легкий светлый, воздухопроницаемый головной убор с полями; 2) ограничить время пребывания под лучами солнца;
3) уменьшить физическую нагрузку и чаще отдыхать при мышечной работе и переходах; 4) не спать под солнечными лучами.
Первая помощь состоит в быстром перемещении пострадавшего в прохладное, затененное место, открытое для ветра, и освобождении тела от одежды. Пострадавшего необходимо охлаждать: несколько раз смочить лицо холодной водой, положить на голову и шею холодный компресс или пузырь с холодной водой или льдом, похлопывать по груди мокрым полотенцем, делать влажное обертывание, часто обмахивать. Обязательно вызвать врача или доставить в пункт врачебной помощи.