Терморегуляция организма при воздействии холода

Действие холода на организм человека количественно определяется степенью охлаждения. Степень охлаждения отражает скорость охлаждения тела человека со средней температурой 36,5оС или количеством тепла, которое необходимо для того, чтобы поддержать его температуру на постоянном уровне.

Человеческий организм относится к открытым системам, которые постоянно активно обмениваются с окружающей средой веществом и энергией. Однако в процессе такого обмена организм «обязан» сохранять постоянство своей внутренней температуры. По мнению И.П. Павлова система организма слагалась прежде всего под влиянием температурных, и лишь во вторую очередь под влиянием электрических, бактерийных и механических факторов.

Холодовое периферическое раздражение, в зависимости от его характера, силы и продолжительности включает различные «наборы» механизмов терморегуляции. При воздействии на организм водных процедур термический фактор имеет большее значение, чем механический или химический. Человек - гомойотерм («равномерно теплый»), и хотя его жизненные процессы протекают либо с потерей, либо с выработкой тепла, организм стремится к постоянному поддержанию индивидуальной температуры на самом благоприятном физиологическом уровне. Терморегуляция является сложной функцией центральной нервной и других регулирующих систем и содержит в себе физическую и химическую терморегуляцию.

К физической терморегуляции относится сохранение тепла за счет сужения сосудов и поступления к поверхностным сосудам при длительном воздействии холода теплой крови из внутренних органов. Первичные сигналы о температурном раздражении формируются в специфических нервных окончаниях - рецепторах, которые расположены в коже, стенках сосудов и в интерорецепторах внутренних органов. От них сигналы поступают в регулирующие центры, которые расположены в спинном, продолговатом и среднем мозге. Отсюда поток импульсов, в которых закодирована информация о температурных изменениях в различных участках организма, беспрерывно поступает в кору головного мозга. Анализ и синтез этой информации и обусловливает реакции целостного организма не только при общем, но и при местном температурном раздражении. Существуют специализированные (рефлексогенные) зоны периферических участков кожи, раздражение которых способно вызвать направленное изменение обмена веществ в конкретном органе. Так, при температурном раздражении стоп и голеней изменяется кровоток и интенсивность обменных реакций в коре головного мозга, холодовое раздражение кистей рук сказывается на кровотоке в сосудах сердца, холодная сидячая ванна вызывает сужение сосудов легких. Помимо рецепторов температурный раздражитель оказывает непосредственное влияние на гладкомышечные волокна сосудистой стенки. Их напряжение (тонус) снижается под воздействием тепла и усиливается при воздействии холода.

При сильном охлаждении, когда кожа приобретает синюшную окраску, у человека начинается озноб - фибриллярные подергивания мышц, что усиливает выработку тепла в организме.

Химическая теплорегуляция имеет в основе при воздействии холода повышенное сгорание безазотистых веществ - гликогена мышц, жиров. При необходимости организм «бросает» в метаболическую топку и белки.

Кожа оказывается довольно хорошо проницаемой для растворенных в воде газов, ароматических веществ, ряда катионов и анионов и микроэлементов. Эти вещества, проникая через кожу в кровь способны образовывать вторичные депо. Так бром накапливается в различных структурах головного мозга, а йод в щитовидной железе, дочерние продукты радона в корковой части почек, а железо - в эритроцитах. Активность проникновения различных веществ через кожу имеет четкую зависимость от температуры окружающей ее водной среды. Параллельно с нервными механизмами регуляции ответа организма на температурный раздражитель включается и активно действует «гуморальный» или жидкостной механизм регуляции. В нем активнейшая роль принадлежит клеткам, тканям и органам внутренней секреции. Надпочечники, гипоталамус, гипофиз, щитовидная железа очень быстро откликаются изменением интенсивности продукции и качества своих «соков» - гормонов на холодовое воздействие.

Поскольку организм человека представляет собой «самонастраивающуюся» систему он способен перестраиваться в ответ «на ситуацию», включая ряд информационных механизмов. Так при получении холодовой процедуры организм больного может бурно прореагировать на обстановку и целый ряд дистантных раздражителей (цвет, запах воды или газов и т.п.). Этот механизм включает саногенетические (восстанавливающие здоровье) реакции даже при использовании малых дозировок холодового раздражителя. Холодовые воздействия на небольшие участки тела, или короткие по времени общие холодовые процедуры способны мобилизовать тончайшие физико-химические или биохимические процессы, вызвать изменения в ферментно-белковых структурах клетки, способствовать образованию медиаторов обменных реакций, повышать интенсивность процессов окисления и восстановления. По данным профессоров Л.Х. Гаркави, М.А. Уколовой и Е.Б. Квакиной слабое пороговое раздражение физическим агентом способно вызвать перестройку гемоиммунной системы по типу реакций тренировки или активации. По словам известного физиотерапевта А.Н.Обросова «Каждая функциональная система - от первичной клетки до сложной ткани - работает на очень низком энергетическом уровне и поэтому малое количество поглощенной энергии повышает энергетические ресурсы клетки, а большое ее количество, напротив угнетает функциональную активность» (Цит. по В.Т. Олефиренко 1986).

Температура распределяется в организме неравномерно.

Еще в конце 19 века И.П. Павлов разделял органы теплокровных на 2 группы. Первая группа характеризуется постоянно высокой температурой. Вторая - органы способные изменять свою температуру гораздо ниже температуры глубоколежащих внутренних органов (на 10 и более градусов) при изменении внешней температуры среды.

Бартон и Эдхолм в 1955 г. предложили различать тепловую «оболочку» и тепловое «ядро» тела. К «оболочке» и «ядру» относят (соответственно, по 50% от массы тела) поверхностных тканей и внутренних органов. Температурный режим «оболочки» менее постоянен, чем ядра и в комфортных условиях ее температура ниже, чем температура внутренних органов. «Оболочка» более устойчива к низким температурам, и лишь при длительном охлаждении клетки кожи, подкожной клетчатки и мышц начинают претерпевать патологические ультраструктурные изменения. В обычных условиях за счет оболочки идет теплообмен организма с внешней средой. Ткани «оболочки» нагреты довольно неравномерно. Так, нормальная температура верхних конечностей находится обычно на уровне 30оС - 32оС. Периферические участки нижних конечностей на стопах имеют температуру около 26оС - 28оС.

Температура внутренних органов более постоянна (несколько выше 37оС). «Ядро» - менее устойчиво к понижению температуры. Понижение температуры тела человека на 1оС вызывает уменьшение интенсивности основного обмена на 6 - 7%. При снижении температуры «ядра» до 20оС возможна гибель организма. Однако при переохлаждении вначале происходит довольно длительное понижение температуры кожи и лишь спустя некоторое время возникает снижение температуры внутренних органов.

В целом, поскольку механизм терморегуляции организма человека регулирует больше не теплообразование, а теплоотдачу, температура тела не зависит напрямую от температуры окружающей среды.

В течение часа ткани организма вырабатывают такое количество тепла, что его хватило бы вскипятить 1 литр ледяной воды. Для поддержания стабильной температуры кожа выделяет около 0,5 кг пота, а на сильном морозе всего 3 - 4 грамма пота за час. При изменении внешней температуры наш организм включает помимо потоотделения целый ряд терморегуляторных механизмов, поддерживающих образование тепла в «биохимических котлах организма» и его отдачу во внешнюю среду. Если организм контактирует с прохладной воздушной или водной средой и отдача тепла начинает превышать его образование в организме, то в первую очередь наступает охлаждение поверхностного сосудистого слоя и протекающей по нему крови. Холодовых рецепторов кожи в 10 - 15 раз больше, чем тепловых. Принято считать, что на 1 см2 кожи размещается до 200 болевых, 25 тактильных, 2 тепловых и 12 -15 холодовых точек. Большая часть последних (их называли концевыми колбами Краузе) включается при снижении температуры до +12оС. К каждому квадратному сантиметру кожи подходит - до 14 нервных окончаний, реагирующих на холод и только 1 - 2 - на тепло. Тепловые рецепторы кожи подают электрические сигналы об изменении теплового равновесия в специальный участок мозга (гипоталамус) - в центры теплорегуляции. Этот центр, в свою очередь, «подаст команду» - пошлет в центростремительном направлении импульсы к повышению теплопродукции клетками организма. В зависимости от силы действия холода произойдет сужение кровеносных сосудов. Начнется повышенная выработка тепла в тканях, например, посредством мышечной дрожи. При этом в организме мышцами образуется почти в 3 раза больше тепла, чем в комфортных условиях в покое.

В настоящее время пересматривается положение о том, что тельца Руффини в коже реагируют на тепло, тельца Фатера-Пачини - на давление, а колбы Краузе - на холод. Вероятно, что большинство рецепторов кожи по своей функции поливалентно. Они способны попеременно включаться в зависимости от характера воздействия физических факторов внешней среды. Часть упомянутых рецепторов расположена в сосудистой стенке. Поэтому сосуды кожи также очень чувствительны к воздействию температурного раздражителя. Упомянутым рецептарам кожи и сосудов принадлежит важнейшая роль в развитии приспособительных реакций организма в период его адаптации к холоду. Так, кровоток в сосудах кожи при температурном раздражении может измениться в 100 - 180 раз. Кровь, как жидкая среда, обладает самой высокой теплопроводностью из всех, присущих организму тканей. Таким образом, сосуды кожи могут играть роль рефрижиратора или, при необходимости «замка» от потери тепла организмом.

Существует рефлекторная связь между кожей кистей и стоп и слизистой оболочкой дыхательных путей. Несмотря на то, что в дыхательные органы из внешней среды поступает холодный воздух, температура легких поддерживается такой же, как и у других органов «ядра» тела.

Высокая температура легочной ткани объясняется наличием у них особой жиросжигающей функции, обеспечивающей температурный гомеостазис при огромных температурных колебаниях вдыхаемого воздуха (от 90оС до -70оС, по данным В.Я. Крамских). Поддержание стабильной температуры легочной ткани необходимо для обеспечения необходимого насыщения кислородом притекающей к альвеолам венозной крови. Воздух, поступающий в легкие, нагревается и насыщается водяными парами за счет испарения некоторого количества воды. Нагревание воздуха происходит за счет сгорания энергетически богатых продуктов обмена - липидов.

Рассмотрим подробнее участие легких в теплопродукции и терморегуляции организма человека.

Основное предназначение легких - обеспечение организма кислородом и выведение из него продукта сгорания - углекислого газа. Легочная поверхность, по сути, тончайшая живая пленка площадью около 80 - 100 м2, размеры которой вполне достаточны в норме для выполнения этой функции.

Однако эта «пленка» участвует и еще в целом ряде важнейших для организма процессов, в частности в обмене жиров - в их накоплении и, при необходимости, в расходовании. Уменьшение внутрилегочных окислительных процессов способствует накоплению жиров, а их увеличение приводит к дополнительному расходованию жиров для нужд всего организма. В условиях стресса надпочечники начинают выбрасывать в кровь повышенное количество адреналина. Это биологически активное вещество способствует выведению липидов из жировых депо и стимулирует их разложение в зоне наиболее активного окисления - в легких. Поэтому холод, как хорошо дозируемый стрессор, способен вымывать из атеросклеротических отложений в сосудах холестерин, мобилизовывать из сальника, подкожной жировой клетчатки липиды и способствовать рациональному «сжиганию» их в легких. Таким образом, легкие играют в организме важнейшую роль теплообразователя. Изменение окислительных процессов в легких при действии холода сопровождается целым комплексом приспособительных реакций. При умеренном, но длительном охлаждении возникает небольшое сокращение просвета бронхов (бронхоспазм), ослабление дыхания, урежение дыхательных движений.

Лишь при опасном для жизни выраженном охлаждении отмечается сильный спазм всех бронхов (тотальный бронхоспазм), начинается отек просветов мелких бронхиол и альвеол с «пропотеванием» в них плазмы крови и выходом за пределы сосудов клеток крови. Эти процессы могут вести к слипанию стенок альвеол (к ателектазам), что, в свою очередь, существенно уменьшает газообменную и теплообразовательную функцию легочной ткани. В этих случаях, в дальнейшем, могут наблюдаться выход плазмы и элементов крови под плевру, обеднение всей крови в организме кислородом и ее потемнение, в верхних дыхательных путях начинает скапливаться избыток жидкости. Она вспенивается, дополнительно затрудняя газообмен. В процессе затрудненного дыхания возможны разрывы межальвеолярных перегородок и образование крупных пузырей (эмфиземы). Подобные изменения наблюдаются при интенсивном охлаждении, особенно, у людей не приспособившихся к низким температурам среды.

При «разогреве» организма, в легких усиливается теплоотдача. При усилении обменных процессов вдыхаемый воздух в дыхательных путях начинает дополнительно прогреваться и насыщаться водяными парами.

Газотранспортная и теплообменная функции легких затруднены при болезненных изменениях аппарата дыхания. Так при болезнях альвеолярных легочных мембран, при эмфиземе легких, бронхоэктатической болезни, пневмониях, экологически обусловленных хронических дисфункциях легких диффузия кислорода через измененную мембрану затруднена. Даже дыхание газовыми смесями с повышенной концентрацией кислорода в таких условиях не нормализует газообмен в достаточной мере. В результате ткани организма испытывают в той или иной степени хроническое кислородное голодание, нарушение теплопродукции и снижение утилизации липидов.

Дата добавления: 2015-10-16