Система терморегуляції - Фізіологія людини
У процесі еволюції людина набула здатності жити у досить широких межах коливань зовнішньої температури, зберігаючи сталість температури ядра. Можна виділити механізми, які забезпечують коротко - і довгострокову адаптацію до зовнішньої температури, що змінюється. Короткочасна адаптація забезпечує пристосування швидкої зміни температури. Вона містить низку механізмів "включаються" поетапно.Спочатку застосовуються менш енергоємні механізми, але якщо їх недостатньо для збереження постійної температури ядра, підключаються складніші
Будуючи житло, налягаючи на відповідний одяг, людина застосовує поведінкові механізми регуляції теплообміну. До таких механізмів відноситься зміна площі вільної поверхні тіла: "згортання калачиком" зменшує тепловіддачу, а вирівнювання - збільшує. Цьому також сприяє тінь чи, навпаки, сонце, дотик холодного чи гарячого предмета, виконання м'язових рухів чи нерухомість. Більшість поведінкових реакцій – це умовно-рефлекторні усвідомлені акти.
Для терморегуляції організм застосовує широку гаму безумовних рефлексів соматичної та вегетативної нервової системи, можливості гуморальної регуляції. Так, зміна активності обміну речовин перебуває під регулюючим впливом гормонів та вегетативних нервів. Симпатичні нерви прискорюють процеси обміну речовин. Аналогічну функцію виконують катехоламіни надниркових залоз та тироїдні гормони.
Взаємодія вегетативної нервової системи із соматичною забезпечує залучення у процес утворення тепла найпотужнішого органо-скелетних м'язів. Можна виділити три типи м'язових скорочень, які сприяють підвищенню теплотворності:теплорегуляційний тонус, тремтіннятадовільніскорочення.Теплорегуляційний тонус полягає в тому, що в деяких м'язах (шия, тулуб, м'язи – згиначі кінцівок) починаються асинхронні скорочення окремих рухових одиниць. В результаті складається враження тонічної напруги вказаних м'язів. А вони забезпечують позу "звернутися калачиком". З одного боку, скорочення м'язів сприяє утворенню в них тепла, а з іншого, - відповідна поза зменшує поверхню тепловіддачі. Тремтіння з'являється при подальшому зниженні зовнішньої температури. Сутність мимовільних тремтячих скорочень полягає у різкому підвищенні процесу теплотворності, оскільки в такому випадку вся енергія м'язового скорочення перетворюється не на механічне пересування, а на тепло. Якщо цих форм теплотворність недостатньо, підключаються довільні (усвідомлені) руху.
Провідну роль у зміні процесів тепловіддачі відіграє перерозподіл кровотоку. Звуження судин шкіри та підшкірної жирової клітковини, закриття артеріовенозних анастомозів сприяють меншому припливу тепла і збереженню його в організмі. На противагу цьому при розширенні судин можливості для ефективного прояву фізичних способів тепловіддачі збільшуються. Так, у цьому випадку температура шкіри може зростати на 7-8 °С.
Тонус судин контролюють гормони та вегетативні нерви.
Симпатичні нерви регулюють також і процес потовиділення. Медіатор цих нервів - АХ. Кожен із зазначених механізмів застосовується по-різному, залежно від конкретних умов. Так, при адаптаційних перебудовах, що поступово розвиваються (наприклад, сезонна осіння та весняна акліматизація) застосовуються переважно гормональні механізми. Навпаки, необхідність швидкої адаптації включає нервово-рефлекторні ефекторні шляхи.Ефективні механізми терморегуляції підключаються через спеціальнийцентр терморегуляції, що міститься в гіпоталамусі. У свою чергу його включення обумовлено взаємодією центральних механізмів та надходженням імпульсації.
Терморецептори
Температуру тіла контролюють терморецептори. За місцем розташування розрізняютьпериферичнііцентральні.Розміщені в шкірі периферичні рецептори мають два типи рецепторів-теплові та холодові.
Центральні рецептори містяться в гіпоталамусі, переважно у передній преоптичній (передзоровій) ділянці. Ці клітини здатні розрізняти різницю температури крові, що протікає через мозок, 0,011 °С. Деяка кількість термочутливих клітин міститься в шийно-грудному відділі спинного мозку, м'язах, абдомінальній (черевній) ділянці. Ці рецептори відіграють основну роль регуляції теплообміну, оскільки контролюють температуру ядра.
Між центральними та периферичними терморецепторами йми імпульсами ймовірні реципрокні взаємодії (що забезпечують їх структури центру терморегуляції). Так, в умовах активації холодових шкірних рецепторів судини звужуються, і утворення тепла посилюється. Однак процес підвищення теплотворності при цьому не є настільки інтенсивним, щоб викликати зростання температури ядра. Цьому перешкоджають внутрішні теплові рецептори. Навпаки, підвищення температури тіла під час фізичної роботи, збуджуючи внутрішні теплові рецептори, запускає процеси усунення надлишку тепла за рахунок розширення судин, потовиділення. Надмірні прояви цих реакцій можуть перешкоджати холодовим рецепторам шкіри, особливо якщо приєднується вплив низької температури зовнішнього середовища.
Частота виникнення нервових імпульсів у рецепторах залежить від чинноїтемператури. Холодові та теплові рецептори мають деяку спонтанну активність. Цю активність накладається відповідний температурний подразник. Так, у волокнах, що йдуть від теплових рецепторів, імпульсація виникає під дією температури в діапазоні від 20 до 40 ° С, а максимальна активність - від 38 ° С і вище. Почуття печіння від дотику до дуже гарячого предмета виникає під дією температури понад 45 °С, при цьому дратуються спеціалізовані рецептори (рецептори печіння), які є різновидом рецепторів больових. Волокна холодових рецепторів активні в діапазоні 10-40 °С, але частота імпульсації в них найбільша за температури 34-20 °С. Раптове підвищення або зниження температури призводить до короткочасного різкого збільшення частоти розрядів у відповідних рецепторах з наступним поступовим зниженням рівня, характерного для даної температури.
Таким чином, при температурі шкіри в діапазоні 34-38 ° С імпульс у рецепторах обох типів мінімальна. Це створює відчуття температурного комфорту. Приблизно за такою ж схемою функціонуй і центральні терморецептори. Але для них "температурне вікно" - не більше 37-37,5 °С.
Центр терморегуляції
У передніх відділах гіпоталамуса розміщено нейрони центру терморегуляції, якими контролюється процес тепловіддачі. Основний центр, пов'язаний зефекторами, - задній відділ гіпоталамуса.Ці нейрони через симпатичні нерви впливають на кровоносні судини, потові залози, метаболізм.Передній відділ гіпоталамуса(медіальна преоптична ділянка) відноситься доаферентноговідділу системи терморегуляції. Вони отримують сигнали від периферичних терморецепторів і порівнюють їх з рівнем активності центральних терморецепторів та "заданого"значення" температури. Вказаний центр гіпоталамуса ніби налаштований на таке значення температури тіла. Воно визначається сумарною температурою тіла, при якій механізми тепловіддачі і теплотворність знаходяться на рівні своєї мінімальної активності. При цьому не включаються додаткові механізми, що забезпечують отримання або виділення надлишку тепла. холодові рецептори знаходяться в малому стані збудження, це умоватемпературного комфорту.Для створення відчуття температурного комфорту дорослої людини в легкому одязі сидячи в спокої необхідні: однакова температура стін і повітря, на рівні 25-26 °С і 50% вологості Будь-яка зміна зазначених умов викликає подразнення відповідних рецепторів і включення механізмів терморегуляції Якщо ці умови далекі від норми, виникає ще й емоційне забарвлення такого стану - відчуття дискомфорту.
При зниженні температури середовища нижче за комфортне в передній відділ гіпоталамуса надходить інформація від холодових рецепторів. Звідси сигнали передаються до заднього відділу, за допомогою симпатичних нервів підвищує тонус шкірних та підшкірних кровоносних судин. Звуження судин, знижуючи шкірний кровотік, забезпечує збереження тепла. Якщо цього замало, підключаються нові механізми терморегуляції. Структури заднього відділу гіпоталамуса активують також систему регуляції м'язового тонусу (теплорегуляційний тонус, тремтіння).
При підвищенні температури відбувається зниження імпульсації периферичних холодових рецепторів та зменшення тонусу еферентних структур гіпоталамуса. Зниження симпатичного судинозвужувального впливу сприяє розширенню шкірних судин (підсилюється тепловіддача). При різкому підвищенні зовнішньої температури або енергоутворення активуються особливі симпатичні структуринервової системи, що стимулюють утворення поту через холінергічні нервові волокна. При цьому пригнічується активність кістякових м'язів.
Слід зазначити, що включення таких механізмів, як потовиділення чи м'язове тремтіння відбувається у разі, якщо інші шляхи підтримки постійної температури ядра виявляються недостатньо ефективними. Але поява потовиділення та м'язове тремтіння супроводжується виникненнямвідчуття температурного дискомфорту.Міжнейронні взаємодії у теплорегуляційному центрі гіпоталамуса розглянуті на схемі 6.
Схема 6.Функціональна взаємодія терморегулювального центру (Bruck)