ХИМИЧЕСКАЯ И ФИЗИЧЕСКАЯ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ
Процессы теплообмена крайне важны для жизнеобеспечения. Поддержание постоянства температуры организма (так называемый температурный гомеостазис) является необходимым условием жизни человека (не случайно температура тела пациента служит врачу надежным показателем состояния здоровья). Поэтому все процессы, отображенные в уравнении теплового баланса, имеют в организме надежную регуляцию. Различают механизмы химической и физической терморегуляции.
Под химической терморегуляцией понимают возможность усиления или ослабления теплопродукции за счет изменения интенсивности окислительных процессов. Следовательно, химическая терморегуляция обеспечивается влияниями на обмен веществ (метаболизм). Поэтому теплопродукция в уравнении теплового баланса обозначена буквой М. Нужно заметить, что сам по себе метаболизм столь важен в организме, что изменять его в целях поддержания определенной температуры крайне нецелесообразно. Организм прибегает к химической терморегуляции только в особых случаях. В обычных условиях основным способом поддержания температурного гомеостазиса является физическая терморегуляция, то есть регуляция механизмов теплоотдачи: теплопроводности, конвекции, теплоизлучения, испарения.
Отметим еще раз, что теплообмен организма с окружающей средой происходит на поверхности тела. Как же осуществляется перенос тепловой энергии от внутренних органов и тканей к поверхности? Коэффициент теплопроводности тканей имеет низкое значение, поэтому роль теплопроводности в отведении тепловой энергии от внутренних органов к поверхности кожи и слизистых оболочек невелика Основное значение в этом процессе, а значит, в обеспечении терморегуляции внутренних органов принадлежит кровообращению.
Теплоемкость крови велика (такая же, как у воды), и нормальный кровоток достаточен для эффективного отвода тепла от внутренних органов к открытым поверхностям. Регуляция такого теплопереноса осуществляется главным образом за счет усиления или ослабления кровотока, то есть посредством сосудистых реакций. При необходимости отдать больше тепла кровеносные сосуды кожи и слизистых оболочек расширяются, что приводит к значительному увеличению массы циркулирующей в них крови, имеющей температуру глубоких тканей, а следовательно, и к возрастанию теплоотдачи. Для уменьшения теплоотдачи происходит сужение кожных сосудов.
У человека значительная потеря тепла происходит через кисти рук и стопы. Немудрено, что при переходе от холода к теплу кровообращение в руке человека усиливается в 30 раз, а в пальцах —в 600 раз.
У кроликов и зайцев важнейшим теплообменником служит ушная раковина, лишенная волосяного покрова на внутренней поверхности. У мелких грызунов — хвост, у птиц — конечности (особенно при погружении их в воду), у рогатых животных — рога (например, у коз около 12% тепла покидает организм через рога).
Из сказанного следует, что физическая терморегуляция является многофакторной системой, весьма эффективно обеспечивающей температурный гомеостазис(постоянство температуру организма). Многофакторность физической терморегуляции позволяет регулировать температуру тела в различных условиях: при исключении одних механизмов работают другие.
Например, у человека в состоянии относительного покоя при температуре внешней среды 293 К (суммарное теплообразование — M = ΣQi = 100 ккал-ч-1) роль разных путей теплообмена характеризуется следующими относительными величинами: теплопроведение — 0, конвекция—15%, радиация (теплоизлучение)— 66%, испарение—19%. Зная М, нетрудно рассчитать QT, QC , QR, QE Уравнению теплового баланса организма.
При тяжелой физической работе (М — 600 ккал-ч~') и той же температуре соотношение вкладов разных способов теплоотдачи в температурный гомеостазис изменяется: теплопроведение— 0, конвекция—15%, радиация—12%, испарение — 75%.
При Tсреды>Tкожи , как уже говорилось, вся теплоотдача обеспечивается только одним механизмом — испарением воды с поверхности кожи (когда потоотделение недостаточно, можно поливать кожу водой).
Среди так называемых дополнительных механизмов терморегуляции нужно иметь в виду потери тепла на нагревание холодной пищи, а также теплопотери с мочой и калом. Их значение невелико Так, если съесть даже килограмм мороженого (его Т=273 К), то дополнительная теплоотдача составит всего около 50 ккал.
Наряду с химической и физической терморегуляцией, существенная роль в поддержании температурного гомеостазиса принадлежит теплоизоляции организма от внешней среды. Теплоизоляция осуществляется главным образом жировой тканью, шерстью на коже животных. Человек создал для этого одежду и жилища.