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:
- Теплоизлучение (радиационная теплоотдача) — основной путь, обеспечивающий около 70% всех потерь. Осуществляется через испускание электромагнитных волн в инфракрасном спектре (именно это фиксируют тепловизоры).
- Теплопроведение (кондукция) — передача кинетической энергии от молекул тела молекулам среды при непосредственном контакте (составляет около 15% потерь).
- Конвекция — отдача тепла перемещающимся объемам воздуха или воды. Чем выше скорость движения среды (ветер, течение реки), тем интенсивнее идет охлаждение.
- 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).
Коротко: ответы на вопросы по теме
Каким образом высокая влажность окружающей среды влияет на эффективность теплоотдачи при высоких температурах?
Высокая влажность при высокой температуре ухудшает теплоотдачу.
- Испарение пота затрудняется, так как воздух насыщен водяными парами; появляется профузное потение — видимые капли пота на коже.
- Профузное потение не способствует отдаче тепла.
- Конвекция и радиация также резко затрудняются из-за снижения разницы между температурой кожи и окружающей среды.
Итог — высокая вероятность перегревания организма.
Какие периферические терморецепторы кожи участвуют в запуске реакций теплоотдачи?
В запуске реакций теплоотдачи участвуют кожные терморецепторы: тепловые и холодовые рецепторы кожи.
По приведённым источникам морфологически к рецепторам, воспринимающим температуру, относятся свободные нервные окончания эпителия кожи:
- они проникают между клетками эпителия;
- воспринимают температуру и боль;
- механизм связан с изменением состояния кальциевых и натриевых ионных каналов с инициацией волны возбуждения.
При нагреве кожных покровов сигнал от терморецепторов кожи поступает в спинной мозг и далее в головной мозг, где обрабатывается в центре терморегуляции гипоталамуса. Далее эфферентные импульсы запускают реакции теплоотдачи, включая потоотделение.
Вопросы с занятий и экзамена
Как работает потоотделение с точки зрения иннервации?
Потовые железы иннервируются симпатическими волокнами, но в качестве нейромедиатора выступает ацетилхолин (а не норадреналин). Он воздействует на М-холинорецепторы железы, стимулируя активную секрецию пота.
Почему собаки в жару тяжело дышат с открытой пастью?
Густая шерсть служит изолятором и препятствует теплоотдаче с поверхности кожи. Охлаждение реализуется через термическое полипноэ — частое дыхание, при котором влага активно испаряется со слизистой языка и ротовой полости.
Какой объем тепла уходит вместе с естественными отправлениями?
Процессы дефекации и мочеиспускания обеспечивают потерю около 1% тепла организма.
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
Разберите тему целиком в курсе «Физиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Теплоотдача» и ещё 4 085 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 112 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Терморегуляция»
Бесплатные видеоуроки: физиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.