Вікова фізіологія з основами шкільної гігієни

8.3. Температура тіла людини та її регуляція

Усі організми залежно від здатності підтримувати температуру тіла поділяються на гомойотермні та пойкілотермні. Гомойотермні можуть інтенсивно продукувати тепло, і їх температура не залежить від температури зовнішнього середовища. Пойкілотермні мають температуру, яка незначною мірою відрізняється від температури зовнішнього середовища. Маючи постійну (ізотермія) температуру тіла гомойотермні організми завоювали значно більший ареал проживання, ніж пойкілотермні. Тим часом, пойкілотермія дає переваги в разі обмеження добування їжі при несприятливих метеорологічних умовах. Постійна температура забезпечується перебігом метаболічних реакцій і є однією з умов оптимуму протікання біохімічних реакцій. Відповідно до правила Ван-Гоффа інтенсивність енергетичних реакцій має прямо пропорційну залежність від температури: при підвищенні температури на 10°С швидкість обмінних реакцій збільшується в 2-4 рази. Однак при температурі понад 43°С у людини спостерігається інактивація ферментів, часткова денатурація білка. Це обумовлює верхню межу можливої температури існування. При зниженні температури сповільнюється протікання біохімічних та фізіологічних реакцій, і при температурі < 26 °С зупиняється серце. Окремо кожна клітина підтримує життєдіяльність до моменту замерзання цитоплазми при температурі - 4 °С. У медицині широко використовують "індуковану" гіпотермію для продовження життєдіяльності клітин організму за відсутності кровообігу: наприклад, під час оперативних втручань на серці. Вимірювання температури тіла проводять контактними (різні термометри) і безконтактними (термометрія – реєстрація інфрачервоного випромінювання) методами.

Температури оболонки тіла і його ядра не збігаються. Так, у людини температура різних ділянок шкіри неоднакова (від 28°С кінцівок до 34 °С голови). "Середня температура тіла" - це усереднення відповідних середніх значень температури шкіри і внутрішньої температури з урахуванням вагових коефіцієнтів.

Температура ядра більшості гомойотермних незалежно від маси лежить у межах від 36 °С до 39 °С, у людини вона становить 37,5 °С. Це пов´язано з інтенсивністю метаболізму.

Однак спостерігаються періодичні коливання температури в межах 1°С. Розрізняють коливання циркадні або добові (у людини найменша температура тіла в передранкові часи і максимальна у вечірні); сезонні; залежно від гормонального стану організму; пов´язані з переміщенням з одного часового поясу в інший; обумовлені м´язовою роботою. Отже, у всіх ритмах виділяють циркадні, інфра- (менше одного разу за добу) та ультрарадіанні (більше одного циклу за добу). Коли говорять про сталість температури тіла, то розуміють, що йдеться про температуру його ядра. Температура різних ділянок шкіри може значно відрізнятись не тільки від температури ядра, а й між собою. Про температуру ядра тіла роблять висновок з температури (репрезентативна температура) під пахвою (36,6 °С), у ротовій порожнині (36,7 - 37,0 °С), у грудних дітей у прямій кишці (37,3 - 37,6 °С). Ці ділянки тіла певною мірою репрезентують його внутрішню температуру внаслідок легкодоступності та незначних змін просторової температури. У клінічній практиці більш важлива динаміка температури.

Сталість температури тіла підтримується завдяки динамічному стану термогенезу (теплоутворення) і тепловіддачі в організмі. Теплоутворення в організмі відбувається в результаті екзотермічних реакцій, що постійно протікають у всіх його клітинах, але з різною інтенсивністю. Це – хімічні процеси. Термогенез може відбуватися внаслідок його безпосереднього (первинного) утворення та супутнього (вторинного) виділення завдяки різним процесам життєдіяльності. Тепло утворюється в усіх органах і тканинах, але в різних співвідношеннях. Ці співвідношення змінюють залежно від функціонального стану організму. Так, у спокої 20 % тепла утворюється в печінці, 56 % – в інших органах і 20 % – у скелетних м´язах. У процесі фізичного навантаження на м´язи припадає 90 % утвореного тепла. До того ж все теплоутворення зростає в 4 – 5 разів. Термогенез ділиться на скоротливий (м´язовий тонус, м´язове тремтіння і довільні м´язові рухи) і нескоротливий. Останній обумовлений порушенням окиснювального фосфорилювання. Відтак метаболізм проходить не шляхом синтезу з АДФ – АТФ, а шляхом утворення і виділення тепла. Досягається це підвищенням концентрації в крові катехоламіну, тироксину і вільних жирних кислот.

Тепловіддача в організмі (фізичні процеси) здійснюється шляхом радіації (60 %), випаровування (перспірація поту із легень – 22 %) і тепловіддача (теплопроведення шляхом конвекції – 15 % і контакту – 3 %). Конвекція може бути природна (ламінарний перенос тепла) і форсована (значно посилює інтенсивність тепловіддачі). Товщина ламінарного шару дорівнює 4-8 мм і зумовлена різницею тепла тіла й навколишнього повітря. Безпосередньо біля шкіри рух повітря має турбулентну течію через підвищенням швидкості руху підігрітого шару повітря. Відповідно до фізичних законів поширення теплових потоків температура поверхневих частин тіла нижча від внутрішніх. Крім того, у кінцівках існують поздовжній (осьовий) і радіальний (перпендикулярний поверхні) температурні градієнти. Коливання температури тіла внаслідок зовнішніх змін температури більш суттєве на поверхні тіла та кінцівках. Тобто спрощено, можна виділити пойкілотермну оболонку (поверхневий шар) і гомойотермну серцевину (внутрішній шар). Залежно від вологості, температури й інших факторів співвідношення шляхів тепловіддачі може змінюватись. Наприклад, при підвищенні температури довкілля до 37°С і вище тепловіддача здійснюється переважно внаслідок випаровування.

Механізм секреції поту полягає в його виділенні власне потовими залозами (утворення первинного секрету, подібного до безбілкового фільтрату плазми крові та з меншою концентрацією глюкози і Nа+) і формуванні вторинного секрету в протоках потових залоз внаслідок реабсорбції Nа+ і паралельно води. Регуляція потовиділення здійснюється симпатичними холінергічними волокнами та катехоламінами.

Окремі ссавці збільшують тепловіддачу частим поверхневим диханням.

Якщо тепловіддача в організмі здійснюється завдяки фізичним, а термогенез – хімічним процесам, то регуляція цих процесів відбувається за допомогою нервових і гуморальних механізмів.

Регуляція забезпечується надходженням інформації від периферичних (шкірних теплових і холодових) терморецепторів до центру терморегуляції – гіпоталамуса. Ця інформація узгоджується з тією, що надходить від центральних терморецепторів (містяться в передоптичній зоні гіпоталамуса, ретикулярній формації, середньому та спинному мозку), внаслідок чого узгоджуються процеси тепловіддачі і теплоутворення з метою підтримання сталої температури ядра тіла. На рівні спинного мозку, ретикулярної формації, середнього мозку також здійснюються деякі рефлекторні реакції регуляції, спрямовані на збереження і підтримання температурної сталості. Однак їх ефективність недостатня.

Тепловіддача регулюється передньою частиною гіпоталамуса (центр тепловіддачі). Під час зруйнування цього відділу тварина втрачає здатність витримувати високу температуру. Зруйнування хвостової частини гіпоталамуса робить тварину нездатною переносити охолодження, що свідчить про знаходження тут центру теплоутворення і робить тварину пойкілотермною. Інформація з периферії в центральні структури передається спіноталамічними і спіноретикулярними шляхами у таламус, гіпоталамус і кору головного мозку. Роль центральних терморецепторів полягає в контролі температури ядра. Сама регуляція здійснюється за допомогою негативного зворотного зв´язку соматичною і симпатичною нервовими системами.

Регуляція ізотермії при зниженні температури спочатку здійснюється нервовою системою (припинення потовиділення, посилення піломоторного рефлексу, спазм судин, відповідна поведінка: присідання, розмахування руками) і потім гормонами. Збільшення концентрації катехоламінів, тироксину порушує спряження окиснювального фосфорилювання, викликаючи калоригенний ефект. Це термінова, короткотривала адаптація.

Термонейтральна зона – температурний діапазон, у межах якого температура тіла підтримується на постійному рівні без участі додаткових механізмів теплопродукції або тепловідведення.

Оптимальна температура (температурна зона або зона комфорту) для легко одягнутої людини становить 18-20 °С. Стан комфорту також може бути досягнутий при різній комбінації температури, вологості, конвекції. Така взаємодія цих факторів називається ефективною температурою. Тривале перебування людини в тій або іншій кліматичній зоні супроводжується її адаптацією (акліматизацією). Так, у північних жителів обмін зростає (холодова адаптація), на екваторі – зменшується (теплова адаптація) внаслідок змін рівня концентрації гормонів. Змінюються і процеси теплорегуляції. Наприклад, при тривалому підвищенні температури довкілля не тільки зростає кількість виділеного поту, а й зменшується виділення солей. При тривалих впливах холоду або тепла виникає толерантна адаптація: наприклад поріг розвитку тремтіння зсувається в бік більш низьких температур або більш високих відповідно. Зростає також навантажувальне відхилення з виникненням помірної гіпотермії. Це довготривала адаптація. Окремо потрібно розрізняти поведінкову адаптацію – пошук одягу, теплого затишку.

Гіпертермія – це підвищення температури тіла понад норму. Буває під час інтенсивного фізичного навантаження, перегрівання на сонці, певних захворюваннях. В останньому випадку це обумовлено дією пірогенів (термостабільні ліпополісахариди мембран бактерій у свою чергу стимулюють синтез лейкоцитарних пірогенів – термолабільний пептид, ідентичний інтерлейкіну). Утворений простагландин у циклооксигеназному перетворенні арахідонової кислоти під час ін´єкції в гіпоталамус також викликає пірогенний ефект. Пірогени змінюють "заданий рівень" температури гіпоталамуса з відповідними наслідками. Гіпертермія при цьому має і позитивне значення – запобігає розмноженню бактерій і вірусів та стимулює власні захисні реакції. Однак у процесі підвищення температури понад 41 °С порушуються процеси терморегуляції, інактивуються ферменти, змінюється проникність мембран, що може призвести до летального кінця.

Діти відрізняються недостатньо налагодженими механізмами теплообміну. Вони легко перегріваються і легко втрачають тепло. Грудні діти реагують на охолоджування бурхливими хаотичними рухами, які їх зігрівають. Для них важливе значення має тепловіддача, а саме процесси випаровування водяної пари під час дихання.

У перші роки життя в організмі дитини переважають процеси хімічної терморегуляції. Завдяки високому рівню обмінних процесів організм дитини швидко нагрівається. Температура шкіри і внутрішня температура тіла у дошкільника (37.4-37.6°) вищі, ніж у дорослих.

Велика кількість кровоносних судин у шкірі характеризує швидкий переніс тепла від температурного ядра тіла до його оболонки, а недостатня рефлекторна регуляція просвіту шкірних судин не забезпечує захист від великих теплових втрат. При невеликій м´язовій масі діти мають низьку теплоізоляцію покривних тканин. Високі тепловтрати обумовлені також і відносно великою поверхностью маленького тіла. Все це викликає швидке охолоджування тіла дитини, і вимагає особливої уваги до його гартування.

Із переходом до молодшого шкільного віку межі терморегуляції розширюються, а механізми теплообміну удосконалюються. Наростання м´язової маси покращує теплоізолюючі властивості покривів тіла, вдосконалення судинних реакцій, полегшує регуляцїю теплообміну на поверхні шкіри. Поліпшується регуляція потовиділення, уточнюється інформація від терморецепторів тіла і діяльність центрів терморегуляції. Все це дозволяє краще підтримувати постійність температури тіла в різних умовах середовища і при різних формах діяльності. Діти молодшого шкільного віку менше схильні до перегрівання і переохолодження, проте їх стійкість до змін температурних режимів все ще недостатньо ефективна.