Теплоотдача

Нейрогуморальная регуляция (Центры терморегуляции)

Запуск реакций охлаждения начинается при повышении температуры внешней среды или когда к головному мозгу притекает нагретая кровь. Эта теплая кровь омывает передний гипоталамус (ПГ), где располагается центр теплоотдачи. В нем активируются специализированные термочувствительные нейроны, и возбуждение передается на эффекторные клетки.

В основе терморегуляции лежит принцип реципрокного (взаимообратного) торможения. Нейроны переднего гипоталамуса отправляют тормозные сигналы в задний гипоталамус, где находится центр теплопродукции. В результате механизмы выработки тепла подавляются, а процессы его отдачи (расширение сосудов, потовыделение) — активируются.

Физические механизмы потери тепла

Отдача тепла во внешнюю среду подчиняется физическим законам и реализуется четырьмя основными путями:

1. Теплоизлучение (радиационная теплоотдача) — основной путь, обеспечивающий около 70% всех потерь. Осуществляется через испускание электромагнитных волн в инфракрасном спектре (именно это фиксируют тепловизоры).
2. Теплопроведение (кондукция) — передача кинетической энергии от молекул тела молекулам среды при непосредственном контакте (составляет около 15% потерь).
3. Конвекция — отдача тепла перемещающимся объемам воздуха или воды. Чем выше скорость движения среды (ветер, течение реки), тем интенсивнее идет охлаждение.
4. Испарение — затрата тепловой энергии на фазовый переход жидкости в пар с поверхности кожи и слизистых оболочек. В состоянии покоя обеспечивает порядка 14% теплопотерь.

Физиологические и поведенческие реакции

Физические процессы терморегуляции дополняются сосудистыми и висцеральными реакциями организма:

• Вазомоторная реакция: при гипертермии происходит вазодилатация (расширение) кожных сосудов. Артериолы и венозные сплетения расширяются, усиливая приток теплой крови от «ядра» тела к коже для отдачи тепла путем излучения и конвекции.
• Судомоторная реакция (потоотделение): критически важный механизм при высоких температурах. Возбуждение передается по нисходящим путям спинного мозга к симпатическим нервам. В постганглионарных окончаниях выделяется ацетилхолин (исключение для симпатической системы), который воздействует на М-холинорецепторы потовых желез. При 50 °С человек может выделять до 12 л пота в сутки, отдавая до 8000 ккал.
• Состояние волосяного покрова: мышца, поднимающая волос (m. arrector pili), расслабляется. Волосы прилегают к коже, разрушая теплоизолирующую воздушную прослойку.
• Дыхание и экскреция: тепло уходит через внешнее дыхание, согревание холодной пищи, а также с мочой и калом (на экскреты приходится около 1% потерь тепла).
• Поведенческая регуляция: в тепле животные и люди стремятся увеличить площадь открытой поверхности тела (распластываются), чтобы максимизировать отдачу энергии.

Факторы, влияющие на эффективность теплоотдачи

Интенсивность охлаждения прямо пропорциональна температурному градиенту (разнице температур между телом и средой), площади поверхности тела и скорости движения воздуха. Обратная пропорциональность наблюдается по отношению к теплоизолирующим свойствам кожи, шерсти или одежды.

Значительное влияние оказывают внешние условия и вид деятельности:

• Влажность среды: потеря тепла во влажном воздухе (около 0 °C) идет значительно быстрее, чем в сухом морозном. Это делает высокую влажность при низких температурах серьезным фактором риска обморожения.
• Водная среда: вода обладает большей теплопроводностью, чем воздух, исключая при этом механизм испарения. Поэтому в холодной воде человек замерзает быстрее.
• Физическая активность: умственная работа практически не стимулирует потоотделение, тогда как интенсивная немеханизированная физическая работа вызывает резкий рост секреции пота (до 1,4–1,5 л/ч при 45 °C).

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Функциональная анатомия переднего и заднего гипоталамуса в контексте терморегуляции
• Графики зависимости потоотделения от характера физической нагрузки
• Специфика симпатической холинергической иннервации
• Механизмы поведенческой терморегуляции у человека и животных
• Вазомоторные кожные реакции: детальный механизм вазодилатации и вазоконстрикции

Другие темы раздела «Терморегуляция»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.