Немедленная физиологическая реакция на перегревание - увеличение теплоотдачи организмом. Оно осуществляется, во-первых, через систему кровообращения и, во-вторых, путем потоотделения. Роль системы кровообращения состоит в усилении тока крови через кожу, которое становится возможным в следствии расширения кожных сосудов, а также вследствие увеличения минутного объема сердца, сопровождающегося увеличением пульса. Тепло, поступающее в избытке к поверхности тела, рассеивается за счет увеличения конвекции и излучения; рассеяние тепла возрастает вследствие увеличения температуры кожи. Интенсивность конвекционной отдачи тепла на единицу поверхности пропорциональна разности температур кожи и окружающего воздуха (и квадратному корню из скорости движения воздуха). Интенсивность излучения на единицу излучающей поверхности приблизительно пропорциональна разности средних температур кожи и окружающей Среды. Человеческая кожа, независимо от цвета, действует как абсолютно черное излучающее тепло. Если указанные процессы недостаточны для сохранения теплового баланса и температура тела возрастает, начинается усиленное потоотделение. Интенсивность теплоотдачи при испарении пота зависит от разности давления паров воды на поверхности кожи и давления воздуха, от размеров увлажненной поверхности и от движения воздуха. Теплоотдача за счет скрытой теплоты парообразования может сильно увеличиться вследствие как увеличения числа функционирующих потовых желез, так и прогрессирующего увеличения активности каждой железы. Максимально возможная потеря воды, равная примерно 1 л/час, эквивалентна отдаче 2500 кДж тепла в 1ч. Хотя общее число потовых желез у разных людей неодинаково, нет данных о сколько-нибудь существенных различиях между расовыми группами. Число потовых желез на одних и тех же участках тела у представителей разных групп примерно одинаково. Число желез на различных участках тела располагается в порядке убывания следующим образом: на верхней конечности - тыльная сторона кисти, предплечье, плечо; на нижней конечности - ступня, голень, бедро; на туловище - живот, грудь (табл. 11).
Таблица 11
Число потовых желез на 1 см2 поверхности тела у
взрослого мужчины (Томсон, 1953)
| Области тела | |||||||
| Европейцы | |||||||
| Голландцы | |||||||
| Индусы | |||||||
| Хинди | |||||||
| Африканцы (Зап. | |||||||
| Африка) |
1 - живот; 2 - рука, кисть; 3 - предплечье; 4 - плечо; 5 - тыльная сторона стопы; 6 - стопа; 7 - бедро.
Однако в дальнейшем было обнаружено, что в комнате при температуре 37,8°С после ряда определенных движений негры теряли несколько меньше пота и показывали более низкую ректальную температуру, чем европейцы. В других экспериментах было показано, что после 15 минут пребывания при высокой температуре (76,5°С) у “белого” выделялось 107 см3, а у негра 170 см3 пота. Имеются сведения, что потовые железы у африканских негров крупнее, чем у европейцев поэтому и выделение пота при одинаковом количестве желез выше.
Кожа негрской расы в большей степени приспособлена к жаркому климату, чем кожа европейской, причем пигментация играет здесь большую, хотя далеко и не единственную роль. Было показано, что у негров содержится больший процент меди по сравнению с европейцами; это связано с участием меди в процессах образования меланина путем каталитического воздействия на оксидазу диоксифенилаланина.
Курчавые волосы, возможно, были полезны в том отношении, что они образуют вокруг головы весьма пористую оболочку; при сильном нагревании солнечными лучами наружной поверхности волосяной шапки тепло в следствии малой теплопроводности воздуха плохо передается к коже и к сосудам головы; курчавая шапка волос негра играет роль изолирующей воздушной подушки. Имеется указание, что в самом волосе негра находится большее количество пузырьков воздуха, чем, например, в волосе монгола, что и придает негрским волосам более тусклый отблеск по сравнению с монгольскими.
В жарких областях температура воздуха в среднем не намного ниже, чем температура внутренних органов человека. Поэтому можно предположить, что для тропических рас было целесообразно увеличить испаряющую поверхность ротовой полости для охлаждения. Большая ширина ротовой щели (по отношению к размерам лица и головы) и большая протяженность слизистых поверхностей губ негров могли быть полезны в тропиках, усиливая потерю влаги и, тем самым, охлаждая вдыхаемый воздух. Характерная для рас тропического пояса узко-высокая форма черепа более благоприятна в условиях сильной инсоляции, чем плоско-широкая.
Кроме анатомо-антропологических адаптивных признаков существует физиологическая акклиматизация к высоким температурам. Так, при постоянном или многократном воздействии тепловой нагрузки происходит поразительное улучшение в приспособлении организма к реакции на эту нагрузку. Особенно заметно улучшается способность выполнять физическую работу. В лабораторных экспериментах испытуемые, подвергавшиеся действию тепла, в первый день прекращали работу менее через 1ч после начала опыта, тогда как на 5 день могли выполнять ту же работу в течение 4ч. Заметно улучшалось состояние системы кровообращения - уменьшались такие показатели, как частота пульса и минутный объем. Более эффективной становилась терморегуляция. В первые дни опыта температура тела быстро и значительно повышалась, достигая довольно высоких значений, а в последующие дни она повышалась медленнее и достигала “плато”, несмотря на продолжавшееся воздействие тепла. При акклиматизации уменьшалась также и температура кожи.
Было показано, что все эти изменения, наблюдавшиеся в искусственных условиях, происходят также в естественной среде в странах с жарким экваториальным или засушливым климатом. Главная причина улучшения системы регуляции состоит в том, что потовые железы становятся более чувствительными к тепловому раздражению, их реакция ускоряется и потоотделение усиливается. Это означает, что площадь, с которой происходит испарение, увлажняется гораздо быстрее и равномернее, а теплоотдача за счет испарения возрастает, как это и должно быть в случае, если необходимо свести к минимуму увеличение температуры тела и накопление тепла.
Весь комплекс изменений, который обеспечивает физиологическую акклиматизацию к высоким температурам, был подтвержден наблюдениями над людьми различных рас, живущими в странах с жарким климатом, - нигерийцами, китайцами, индусами, малайцами, бушменами в пустыне Калахари и южноафриканскими банту, а также над европейцами, живущими в тропиках и пустынях.