Приход и расход тепла. Постоянство температуры тела возможно лишь в том случае, если количество образующегося тепла равно количеству тепла, отдаваемого телом в окружающую среду.
Иными словами, постоянство температуры тела обеспечивается сочетанием двух взаимосвязанных процессов - теплопродукции и теплоотдачи. Если приход тепла равен его расходу, то температура тела сохраняется на постоянном уровне. Если же теплопродукция преобладает над теплоотдачей, температура тела повышается. В тех случаях, когда образование тепла отстает от теплоотдачи, наблюдается снижение температуры тела. Теплообразование для человека - важнейший способ поддерживания постоянства температуры тела. Непрерывное протекание обменных процессов в организме сопровождается образованием тепла. Выделенную энергию принято выражать в единицах тепловой энергии - килокалориях ккал или килоджоулях кДж. Энергия, выделяемая человеком за сутки, слагается из трех величин энергии основного обмена, повышенного обмена при приеме пищи и, наконец, энергии, образующейся в результате умственной и физической деятельности.
Энергия основного обмена расходуется на поддержание главных жизненных функций дыхания, работы сердца, почек и т. д. Для взрослого человека величина основного обмена в среднем составляет примерно 1 ккал 4,184 кДж на 1 кг массы тела в час. Теплопродукция увеличивается при приеме пищи вследствие повышенной деятельности пищеварительных органов.
При обычной смешанной диете с нормальным соотношением белков, жиров и углеводов обмен энергии после приема пищи повышается в среднем на 150- 200 ккал, что составляет 10- 15 основного обмена.
Повышение теплопродукции происходит в основном при физической работе и в значительно меньшей степени при умственной. Количество тепла, выделяющегося при этом, зависит от вида деятельности, интенсивности и продолжительности работы. В различных органах тела образуется неодинаковое количество тепла. Главный регулятор теплопродукции - мышцы. При интенсивной физической нагрузке они поставляют до 90 тепла.
В нормальных условиях на долю мышц приходится 65-70 теплопродукции. Второй по значимости источник теплопродукции - печень и пищеварительный тракт. Они дают 20-30 тепла. Производство тепла при физической работе предельной мощности достигает 4000 кДж в час, что превышает теплопродукцию при работе умеренной мощности примерно в 10 раз. Резкий подъем температуры тела наблюдается в момент отказа от дальнейшего продолжения физической деятельности, выполняемой на пределе функциональных возможностей человека.
Кроме тепла, образующегося в самом организме, человек в жаркое время получает тепло окружающей среды. Так, при понижении температуры внешней среды ниже 15 С теплообразование значительно усиливается, а при увеличении свыше 30 С уменьшается. Однако при значительном повышении температуры окружающей среды свыше 37 С отмечается нарушение теплообмена и температура тела вновь повышается. При снижении температуры воздуха нередко возникает холодная дрожь - непроизвольное сокращение скелетных мышц. Эта реакция организма носит защитный характер она усиливает теплообразование в мышцах и тем самым поддерживает нормальную температуру тела. Таким образом, количество тепла в организме определяется, во-первых, теплом, образующимся за счет обменных процессов, а во-вторых, поступающим из внешней среды.
Наряду с образованием тепла в организме постоянно происходит его расход путем теплоотдачи. Иначе человек погиб бы от перегревания. Расчет показывает если по каким-либо причинам теплоотдача прекратится, то температура тела человека каждый час будет повышаться на 2,5 С. К концу суток она поднимется выше 60 С. А ведь это температура свертывания белковых частей тканей! При интенсивной мышечной работе перегревание организма, казалось бы, должно наступить еще быстрее.
При умеренной работе производство тепла, например, возрастает в 2-3 раза, а при напряженных физических упражнениях, когда в работу вовлекаются большие группы мышц в 10-20 раз. За 10 мин подобной работы температура тела могла бы повыситься до 42 С. Однако критической ситуации не возникает, поскольку наряду с усилением образования тепла увеличивается и его расход.
Тепло в основном выделяется через кожу, а также посредством дыхания. Отдача тепла происходит по законам физики следующими путями излучением тепла нагретой поверхностью тела проведением тепла путем нагревания более холодного воздуха и соприкасающихся с телом предметов расходом тепла путем испарения с поверхности кожи и легких. Теплоизлучение - это свойство нагретой до определенной температуры поверхности излучать тепло в виде лучистой энергии - инфракрасных лучей.
Теплопроведение и теплоизлучение в покое составляют около 70- 80 всей теплоотдачи. Теплопроведение представляет собой непосредственную отдачу тепла с кожи прилегающим к ней предметам или частицам воздуха либо воды. Проведение облегчается конвекцией, т е. сменой нагретых частиц воздуха или воды другими, более холодными.
Конвекция усиливается при наличии ветра, течения воды, а также при беге, плавании, спортивных и подвижных играх. Однако следует помнить, что конвекция охлаждает тело лишь в тех случаях, когда внешняя температура ниже температуры тела человека. Горячий ветер пустыни не охлаждает, а, наоборот, нагревает тело. Наличие одежды также изменяет интенсивность конвекции. Костюм аквалангиста, к примеру, предохраняет пловца от переохлаждения при длительном плавании в холодной воде. Проведение зависит от теплопроводности среды.
Так, теплопроводность воздуха мала, а воды велика. Потому-то охлаждение в воде происходит значительно быстрее, чем на воздухе. Холодный влажный воздух охлаждает тело быстрее, чем сухой воздух той же температуры. Вместе с тем во влажном воздухе, имеющем высокую температуру, охлаждение тела затруднительно вследствие ухудшения испарения пота с поверхности кожи. При невысокой температуре окружающей среды и отсутствии мышечной работы потоотделения обычно не происходит.
Между тем испарение с поверхности кожи все же имеет место, потому что небольшое количество жидкости постоянно проникает через кожу наружу. У человека, находящегося в состоянии покоя, заметное потоотделение начинается, когда температура кожи повышается до 37 С. Потоотделение значительно усиливается при напряженной и продолжительной мышечной работе. Количество испаряемого пота может достигать 3-5 л, а при жаре еще больше. При испарении во время работы 1 л пота расходуется примерно 580 ккал тепла.
Постоянно происходит испарение воды и в легких. В сутки с поверхности легких испаряется в состоянии покоя 200-300 мл воды, а при работе умеренной мощности такое количество воды может испаряться за 1 ч. Испарение воды с поверхности кожи и в легких зависит от относительной влажности воздуха. В насыщенном водяными парами воздухе испарение затрудняется или прекращается совсем. В сухом воздухе, напротив, испарение пота происходит значительно интенсивнее. Главным источником теплопотери является все же кожа. Благодаря движению крови и лимфы тепло от внутренних органов передается коже. Каждый литр крови, охлаждаясь в сосудах кожи на 3 С, переносит от внутренних органов на поверхность тела количество тепла, равное примерно 2,5 ккал. При повышении внешней температуры кровеносные сосуды кожи расширяются, кровенаполнение и температура кожи увеличиваются, что влечет за собой усиление теплопотери.
При низкой температуре, наоборот, кожные сосуды сужаются, из-за чего уменьшается теплоотдача проведением и излучением.
С повышением температуры внешней среды потеря тепла проведением и излучением уменьшается, а испарением - увеличивается. Когда температура воздуха становится равной температуре кожи 33 С или превышает ее, отдача тепла проведением и излучением полностью прекращается. Испарение пота в таких случаях служит единственным физиологическим механизмом, при помощи которого человек может избавиться от излишнего тепла. Регуляция тепла осуществляется двумя путями - нервным и гуморальным.
Существуют специальные терморецепторы, которые воспринимают холод или тепло. Они расположены в коже, кровеносных сосудах, отдельных органах. При колебаниях температуры в них возникает возбуждение, которое передается в центр теплообмена, находящийся в промежуточном мозге в подбугровой области. Нервные импульсы, идущие от этого центра в основном по волокнам вегетативной нервной системы, влияют на изменение обмена веществ, а тем самым и на теплообразование. Одновременно изменяется и тонус кожных сосудов.
При понижении температуры окружающей среды происходит рефлекторное сужение сосудов. К коже, следовательно, притекает меньше крови, и теплоотдача уменьшается. Если же температура окружающей среды повышается, кровеносные сосуды расширяются и выделение тепла увеличивается. Важная роль в терморегуляции принадлежит высшим отделам центральной нервной системы - коре головного мозга и ближайшим подкорковым центрам. Эмоциональное возбуждение, изменение в психическом состоянии оказывают существенное влияние на уровень теплопродукции и теплоотдачи.
При некоторых видах эмоций страх, тревога, ярость теплопродукция и теплоотдача резко повышаются. Холодный пот, мурашки на коже - типичные признаки терморегуляционных реакций при эмоциональном возбуждении. Академик И. П. Павлов еще в 1888 г. высказал мысль о том, что человеческий организм состоит как бы из двух оболочек собственно теплокровной, с колебаниями температуры не более 1-2 С и холоднокровной, допускающей колебания температуры до 10-12 С. Мнение ученого было подтверждено экспериментальными исследованиями.
Человеческий организм, по современным воззрениям, можно представить как бы состоящим из температурного ядра, имеющего постоянную температуру, и изолирующей температурной оболочки, меняющей свою температуру в зависимости от внешней среды. Термины температурное ядро и температурная оболочка имеют функциональный, не анатомический смысл. Толщина температурной оболочки постоянно меняется в зависимости от объема крови, циркулирующей в поверхностных слоях тела. Представления о механизмах приспособления человека к резким колебаниям температуры в последние годы еще более расширились.
До недавнего времени их объясняли преимущественно или исключительно процессами совершенствования терморегуляции. Согласно же мнению профессора К. М. Смирнова, в тех случаях, когда холод или жара столь значительны, что нельзя рассчитывать на поддержание температуры тела в нормальных пределах, работоспособность и здоровье, несмотря на охлаждение и перегревание тела, могут быть сохранены благодаря систематическому закаливанию организма. 7.