Платова В, Терморегулация и топлинен баланс, Вестник "Биология" бр.5
Ориз. 5. Схема на нервен контрол на терморегулаторните ефекторни елементи
Регулиране на телесната температура
Както образуването, така и отделянето на топлина са в пряка зависимост от температурата на околната среда и се регулират от много чувствителни механизми, контролирани от централната нервна система. Само при продължителна адаптация хормоналните процеси се включват в регулацията на тези функции. В терморегулацията участват две части на централната нервна система – соматомоторна и симпатикова (фиг. 5). Основният център на терморегулацията се намира в хипоталамичната област на мозъка, в така наречения сив туберкул.
Регулиране на термогенезата
Треперенето се предизвиква и поддържа от двигателната система. Така нареченият централен треморен път свързва централната терморегулаторна област с ядрата на двигателната система, разположени в средния мозък и продълговатия мозък. Термогенезата без треперене се регулира от симпатиковата нервна система.
Процесът на изпотяване при хората се регулира изключително от холинергични симпатикови влакна и може да бъде изключен от атропин. Изпотяването се предизвиква от ацетилхолин, пилокарпин и други парасимпатикови вещества. При определени условия (например при силен психически стрес) стесняването на кръвоносните съдове в кожата на ръцете и краката е придружено от отделяне на пот върху повърхността на дланите и краката. От гледна точка на терморегулацията, това е по-скоро емоционално, отколкото термично изпотяване.
Кръвоносните съдове реагират директно на промените в температурата. Обичайната реакция е студена вазодилатация. Когато човек изпадне в силен студ, в началото кръвоносните му съдове се стесняват максимално, което се изразява в бледност иусещане за студ и често придружено от болка в акралните области. След известно време обаче кръвта нахлува в съдовете на охладените части на тялото, което е придружено от зачервяване и затопляне на кожата. Ако излагането на студ продължи, последователността от събития се повтаря.
Смята се, че студената вазодилатация служи като защитен механизъм за предотвратяване на измръзване и некроза, свързани с недостатъчно кръвоснабдяване. От опит обаче е известно, че при силен студ се появяват значителни локални лезии въпреки вазодилатацията и защитният ефект на студената вазодилатация обикновено се проявява при хора, адаптирани към студа.
В същото време този механизъм може да ускори леталния изход от обща хипотермия при тези, които се окажат зад борда на кораба и са принудени да останат в студена вода за дълго време.
терморецепция
В хипоталамуса нервните влакна непрекъснато получават сигнали за промени в температурата в самото тяло и в околната среда. Терморецепторите доставят тази информация: термичните рецептори, които сигнализират за повишаване на температурата, и студените, за нейното понижаване. Особено много рецептори има на повърхността на кожата (около 30 хиляди топлинни и около 250 хиляди студени!) и в хипоталамуса. Термочувствителни структури са открити и в долната част на мозъчния ствол (среден мозък и продълговат мозък). Рецепторите, разположени в мозъка и други вътрешни органи, реагират на температурата на кръвта, докато кожните рецептори реагират на температурата на въздуха.
Гръбначният мозък има висока термична чувствителност. При кучета и други животни, когато температурата на гръбначния мозък се повиши по цялата му дължина само с няколко десети от градуса, възниква задух, разширяване на кръвоносните съдове иинхибиране на термогенезата. Охлаждането на гръбначния мозък причинява треперене, но това изисква значителна промяна в температурата.
Онтогенетични и адаптивни промени в терморегулацията
Новородените бозайници от различни видове (земски катерици, хамстери) не са способни на терморегулаторно производство на топлина. Интензивността на техните метаболитни процеси варира в зависимост от температурата по същия начин, както при пойкилотермните животни. Само няколко седмици след раждането, съответните механизми на тези новородени започват да реагират на температурни стимули. При други видове, включително хора, всички терморегулаторни реакции (засилена термогенеза, вазомоторни реакции, изпотяване, поведенчески реакции) могат да се активират веднага след раждането; това важи дори за недоносени бебета, чието тегло при раждане е около 1000 г. При новородените по правило термогенезата не се медиира от треперене, а по различен начин, така че може да се открие само със специални методи. Производството на топлина при кърмачета може да бъде до 100-200% по-високо, отколкото в покой без треперене. Само в случай на силен студов стрес механизмът на термогенезата се допълва от треперене.
Малкият размер на новороденото дете е неблагоприятен по отношение на терморегулацията. Съотношението на повърхността към обема на тялото дори при доносено новородено е около три пъти по-голямо, отколкото при възрастен. Освен това повърхностният слой на тялото и изолационният слой са много тънки. В тази връзка, дори при максимална вазоконстрикция при новородено, преносът на топлина от тялото към външната среда не може да намалее в същата степен, както при възрастен.
Но в ограничен диапазон телесната температура на новороденото се регулира толкова прецизно, колкотокакто при възрастен, тъй като праговите температури за реакцията на вазоконстрикция и за термогенезата са "настроени" в съответствие с размера на тялото. При много малки недоносени деца терморегулацията е неефективна; докато натрупат достатъчно тегло, трябва да се държат в термостатни кутии (инкубатори).
Адаптиране към условията на околната среда
Регулаторните механизми - термогенеза, вазомоторни реакции, изпотяване - винаги са готови за действие и могат да се включат в рамките на няколко секунди или минути след началото на термичния стрес. В допълнение към тях има и други механизми, които осигуряват дългосрочна адаптация към изменението на климата в околната среда.
Съответните процеси, наричани още физиологична адаптация или аклиматизация, се основават на такива модификации на органи и функционални системи, които се развиват само под въздействието на продължителни (в продължение на дни, седмици или месеци) постоянни или повтарящи се температурни напрежения.
Термична адаптация. Способността на хората да се адаптират към топлината е от решаващо значение за оцеляването в тропиците и пустинята, както и за извършването на тежка работа при високи температури на работното място. Най-важната промяна, която настъпва в хода на термичната адаптация, е промяната в скоростта на изпотяване, която може да се удвои и при добре тренирани хора да достигне 1–2 l/h. Освен това изпотяването започва при по-ниска средна температура на кожата и вътрешната температура; следователно температурният праг за активиране на регулаторните механизми намалява. Тези промени намаляват средната телесна температура за дадена топлина или работно натоварване, като по този начин предпазват от топлинен удар. Адаптацията също е свързана със значителнинамаляване на концентрацията на соли в потта, като по този начин се намалява вероятността от шок поради тяхната загуба.
С увеличаване на топлинното натоварване съставът на кръвта се променя: обемът на плазмата и концентрацията на хемоглобина намаляват. В хода на термичната адаптация тези неблагоприятни промени се компенсират.
С развитието на термичната адаптация чувството за жажда се увеличава; ако загубите на вода не се попълнят, може да настъпи смъртоносна хипертермия.
Такива адаптивни промени се причиняват от краткотрайни силни топлинни натоварвания. Друга форма на адаптация съществува сред жителите на тропиците, които са денонощно в условия на висока температура на околната среда. Техният температурен праг за изпотяване е изместен към по-висока телесна температура, в резултат на което те се потят по-малко при ежедневен топлинен стрес. Този механизъм се нарича толерантна адаптация.
студена адаптация. Много видове животни се адаптират към студа много просто: благодарение на растежа на козината, тяхната топлоизолация се подобрява. Малките животни развиват термогенеза без треперене и кафява мастна тъкан.
Възрастен, който е бил в силен студ за дълго време, не може да расте коса или да развие достатъчно термогенеза без треперене, така че често може да се чуе мнението, че възрастните не са способни на никаква физиологична адаптация към студа - те трябва да разчитат на поведенческа адаптация (облекло, топли жилища). Въпреки това, последните данни показват, че хората развиват толерантни адаптации при условия на продължително излагане на студ. Температурният праг на треперене и параметрите на терморегулаторните реакции се изместват към по-ниски температури, в резултат на което може да настъпи умерена хипотермия.
Този видтолерантната адаптация е забелязана за първи път сред аборигените на Австралия; те могат да прекарат цяла нощ почти голи при температури близки до нулата и пак да не изпитат треперене. Подобна способност е добре развита и сред корейските и японските жени - търсачки на перли, гмуркащи се по няколко часа на ден на дълбочина, където температурата на водата е около 10 ° C.
Температурният праг за треперене може да бъде изместен до по-ниски стойности само за няколко дни, ако субектите периодично се подлагат на студен стрес за 30-60 минути. В същото време температурните прагове на механизмите, отговорни за отстраняването на излишната топлина от тялото (например изпотяване), остават непроменени.
При дълъг престой на студа тази форма на адаптация очевидно е неподходяща. Наистина, индианците от племето Alakaluf (островите на Западна Патагония) са разработили различен адаптивен механизъм. Тези хора, постоянно изложени на студен въздух, дъжд и сняг, имат базална скорост на метаболизма с 25–50% по-висока от нормалната. Подобна метаболитна адаптация е открита и при ескимосите.
локална адаптация. Ако ръцете на топло облечен човек са редовно изложени на студ, болката в ръцете намалява. Ефектът отчасти се дължи на факта, че студената вазодилатация възниква при по-високи температури на кожата. В същото време има и други механизми, които допринасят за намаляване на болката.
. При всички хора природата има еднакви механизми на терморегулация. Но не всички от тях са еднакво ефективни. Ние сами създаваме индивидуални реакции на студ и топлина, защото или ги обучаваме, или не ги обучаваме. А именно тренировки и само тренировки с всякакви закалителни методи - отсухо и мокро обтриване до студен душ - подобрява работата на терморегулаторния апарат и разширява способността на тялото да се адаптира към променящите се температури на околната среда.