§ 43. Регуляция температуры тела

Определения и обозначения

Температура тела — показатель теплового состояния организма. Для нормальной работы клеток она должна оставаться в определённых пределах: при сильном отклонении нарушаются процессы, необходимые для жизни. Поэтому организм не допускает, чтобы тепло слишком быстро накапливалось или терялось.

Теплокровность — способность поддерживать относительно постоянную температуру тела независимо от температуры окружающей среды. Это не означает, что температура совсем не меняется: организм приспосабливает теплообмен к условиям. Благодаря этому многие процессы в органах не зависят напрямую от погоды.

Терморегуляция — совокупность процессов, которые регулируют образование и отдачу тепла. Она помогает сохранять подходящую для работы организма температуру и связывает реакции разных органов. В ней участвуют кожа, кровеносная, мышечная и нервная системы.

Теплообразование и теплоотдача — процессы, соответственно увеличивающие и уменьшающие количество тепла в организме. Первое происходит, например, при обмене веществ и сокращении мышц, второе — когда тепло уходит во внешнюю среду. Их соотношение определяет, будет ли тело нагреваться или охлаждаться.

Как это устроено

Клетки и ферменты, ускоряющие химические реакции, нормально работают в определённых температурных пределах. Если температура тела сильно отклоняется, процессы в клетках могут нарушаться. Поэтому организм регулирует тепловой баланс: соотносит образование тепла с его потерей.

Тепло образуется прежде всего при обмене веществ — химических превращениях, обеспечивающих работу клеток. Во время физической нагрузки мышцы сокращаются чаще и интенсивнее, тратят больше энергии и выделяют больше тепла. Поэтому после бега человеку становится жарко, даже если температура воздуха не изменилась.

Через кожу тело теряет тепло несколькими путями. При теплопроводности оно передаётся предмету, которого касается кожа; при конвекции уносится движущимся воздухом или водой, поэтому ветер и холодная вода ускоряют охлаждение. Тепловое излучение происходит и без соприкосновения с предметами, а при испарении пота энергия забирается у кожи. Сухой воздух помогает поту испаряться, тогда как высокая влажность замедляет этот процесс.

При перегревании сосуды кожи расширяются, и к её поверхности поступает больше крови. Так тепло легче переходит от крови к коже и затем отдаётся окружающей среде. Одновременно усиливается потоотделение: испаряясь, пот забирает энергию у тела и охлаждает его.

При охлаждении сосуды кожи сужаются, поэтому к её поверхности поступает меньше крови и теплоотдача уменьшается. Потоотделение также становится слабее, что помогает не терять воду и тепло через испарение. Если этого недостаточно, возникает дрожь — быстрые непроизвольные сокращения мышц, увеличивающие образование тепла. Регуляция согласует эти реакции, чтобы организм мог одновременно сокращать потери и повышать выработку тепла.

Реакции организма на перегревание и охлаждение

Сравнивайте строки таблицы по каждому признаку: так видно, какие реакции помогают отдать тепло, а какие — сохранить его или образовать больше. «Уменьшается» в графе теплообразования означает, что дрожи и дополнительной мышечной работы нет; основное тепло всё равно образуется при обмене веществ. Результат описывает общий эффект реакции для теплового баланса.

Разбор задач

После бега человеку стало жарко

После бега человек ощущает жар, кожа краснеет и покрывается потом. Нужно объяснить все три наблюдения, различая образование тепла и его отдачу. Начнём с причины нагревания, а затем разберём реакции кожи.

1. При беге мышцы работают интенсивнее и выделяют больше тепла. Поэтому тепла в организме становится больше.
2. Кожные сосуды расширяются, к поверхности поступает больше крови, и тепло легче отдаётся. Пот испаряется и забирает энергию у кожи.

Ответ: жар связан с усиленным теплообразованием при работе мышц. Покраснение показывает, что кожные сосуды расширились, а потоотделение помогает охлаждению благодаря испарению пота.

На холоде человек побледнел и начал дрожать

На холоде кожа человека побледнела, а затем началась дрожь. Это две разные реакции: одна уменьшает потерю тепла, другая увеличивает его образование. Важно не смешивать их функции.

1. Сосуды кожи сужаются, и к поверхности поступает меньше крови. Поэтому кожа бледнеет, а теплоотдача снижается.
2. Дрожь состоит из быстрых мышечных сокращений. Работа мышц выделяет тепло и помогает компенсировать охлаждение.

Ответ: бледность связана с уменьшением притока крови к коже и помогает сократить теплопотери. Дрожь усиливает теплообразование; сама по себе она не уменьшает теплоотдачу.

Пот в сухую и влажную жару

В жаркий сухой день пот испаряется быстро, а во влажный — медленно. Нужно определить, в каких условиях тело охлаждается лучше. Для этого сравним, как влажность влияет на испарение.

1. При испарении пот забирает энергию у кожи. Чем быстрее испарение, тем больше тепла тело может отдать этим способом.
2. В сухом воздухе водяной пар легче уходит с поверхности кожи. Во влажном воздухе испарение замедляется, хотя пот может продолжать выделяться.

Ответ: эффективнее организм охлаждается в жаркий сухой день. В жаркий влажный день пот испаряется медленно и хуже отводит тепло, поэтому человеку может быть жарче.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что пот сам по себе охлаждает тело. Обычно так думают, потому что кожа становится мокрой, но основной эффект даёт испарение пота: для него требуется энергия, которая забирается у кожи. Проверьте себя вопросом: пот уже испарился или только выступил на коже? Если он не испаряется, охлаждение слабее.

Ошибка — смешивать теплообразование и теплоотдачу. Дрожь заставляет мышцы сокращаться и тем самым увеличивает образование тепла, а расширение кожных сосудов помогает теплу уходить наружу. Проверка простая: спросите, появляется ли тепло или организм отдаёт уже имеющееся тепло.

Ошибка — утверждать, что сужение кожных сосудов повышает температуру тела. Сужение уменьшает приток крови к коже и помогает сохранить тепло, но не создаёт его. Чтобы проверить рассуждение, разделите «меньше терять» и «больше производить»: это разные способы изменить тепловой баланс.

Ошибка — считать, что в жару организм охлаждается одинаково при любой влажности. Высокая влажность замедляет испарение пота, поэтому тепло уходит хуже. Проверьте вывод, сравнив не количество пота, а скорость его испарения: именно она определяет эффективность такого охлаждения.

Связь с другими темами

Для понимания терморегуляции нужно знать, что при клеточном обмене веществ энергия высвобождается и часть её превращается в тепло. Это объясняет, почему организм постоянно образует тепло даже в покое. При нагрузке работа мышц дополнительно увеличивает его количество.

В терморегуляции совместно участвуют кожа, кровеносная система, мышцы и нервная система. Сосуды кожи меняют теплоотдачу, мышцы влияют на теплообразование, а нервная система согласует реакции. Так становится понятна связь между ощущением холода или жары и ответом всего организма.

Знание этих механизмов пригодится при изучении гигиены и правил поведения в жару или на холоде. Оно помогает понять, почему перегревание и переохлаждение опасны и почему при оказании первой помощи важно учитывать состояние человека. При тяжёлых симптомах следует обращаться за медицинской помощью.

Что запомнить

• Организм поддерживает температуру благодаря равновесию теплообразования и теплоотдачи.
• При мышечной работе теплообразование возрастает.
• Расширение сосудов кожи усиливает отдачу тепла.
• Сужение сосудов кожи уменьшает отдачу тепла.
• Испарение пота охлаждает тело.
• Дрожь помогает образовывать больше тепла.