Чем проявляется терморегуляция кожи
Обновлено: 24.04.2024
Терморегуляция – это сложный физиологический процесс, который обеспечивает поддержание постоянной температуры тела 1 и внутренней среды организма на уровне, необходимом для нормальной жизнедеятельности 2 .
Механизмы терморегуляции
В процессе терморегуляции задействованы нервные и гуморальные (происходящие в жидких средах тела – крови, лимфе и т. д.) механизмы 2 . Колебания температуры окружающей среды распознают специальные терморецепторы 4 . Их существует два вида: тепловые и холодовые 4 . От терморецепторов сигнал по проводящим путям поступает в головной мозг и активирует в нем центр температурной регуляции, находящийся в области гипоталамуса 1,5 . Возбуждение разных отделов этого структурного образования приводит к изменению процессов теплообмена 1,5 . Центр терморегуляции в мозге можно «выключить» при помощи некоторых физических веществ. В этом случае тело человека утратит способность поддерживать постоянную температуру 1 .
За счет каких процессов осуществляется терморегуляция
Стабильность температуры тела и внутренней среды организма обеспечивается благодаря двум взаимно противоположным по своей сути процессам 2,5 .
- Теплопродукция. Это процесс выработки тепла человеческим телом, который зависит от интенсивности процесса обмена веществ (метаболизма) 2 . Если теплопродукция происходит слишком активно, возможно перегревание организма 2,6 .
- Теплоотдача. Тело человека может отдавать тепло в окружающую среду за счет трех механизмов: излучения (радиации), проведения (конвекции) и испарения пота 5 . При сильном повышении температуры окружающей среды охлаждение также осуществляется за счет испарения жидкости со слизистых оболочек верхних дыхательных путей (поэтому может ощущаться пересыхание в горле) 1,6, 7 . Незначительная часть тепла также выделяется из организма вместе с фекалиями и мочой 2 .
Информация в данной статье носит справочный характер и не заменяет профессиональной консультации врача. Для постановки диагноза и назначения лечения обратитесь к квалифицированному специалисту.
Нарушение терморегуляции — это отклонение показателей температуры тела от нормальных значений, которое обычно сопровождается общим недомоганием, ломотой в теле, головными болями. Симптом вызывают различные причины: внешние температурные факторы, инфекционные процессы, системные воспалительные болезни, патология эндокринных органов, злокачественные опухоли. Для выявления этиологического фактора, вызвавшего терморегуляторные нарушения, назначают клинические и серологические исследования крови, бактериологический метод, инструментальную диагностику. До установления причины расстройства жаропонижающие средства применяют с осторожностью.
Общая характеристика
Температура может повышаться постепенно или резко, в течение нескольких часов. Зачастую сначала возникают продромальные явления в виде ломоты в суставах и мышцах, головной боли, затем развивается сильный озноб, человека трясет. Кожа холодная на ощупь и очень бледная. Отмечается характерный блеск в глазах. При переходе во вторую фазу и развитии стойкой гипертермии озноб сменяется чувством жара, кожные покровы приобретают ярко-розовую окраску. Пациент сбрасывает с себя одеяла, появляется сильная жажда. На щеках — интенсивный румянец, губы сухие и потрескавшиеся.
Повышенная температура сохраняется от нескольких дней до нескольких месяцев в зависимости от причины нарушения терморегуляции. При снижении лихорадки появляется гипергидроз, стихают головные и мышечные боли. При быстром падении цифр наблюдается бледность кожи, резкая слабость вплоть до коллапса. У пациентов с аномально низкой температурой развивается вялость, акроцианоз, мышечная дрожь. По мере прогрессирования состояния появляется сонливость, проблемы с памятью и концентрацией. Любые нарушения терморегуляции являются достаточным поводом для обращения к врачу.
Механизм развития
В норме система терморегуляции, центральное звено которой расположено в гипоталамусе, поддерживает постоянный тепловой баланс, не зависящий от температурного режима окружающей среды. Высокая температура обусловлена повышением процессов теплопродукции — усилением распада жиров и углеводов с выделением энергии, сократительным мышечным термогенезом. Ситуация усугубляется в случае присоединения расстройств теплоотдачи: нарушения выделения пота, сужения сосудов кожи. Для гипотермии характерны противоположные изменения: повышение теплоотдачи, снижение теплопродукции.
Лихорадка, как особая реакция организма на инфекционные и неинфекционные причины, имеет уникальный механизм развития. Для ее возникновения необходимо накопление в кровеносном русле пирогенов — особых химических соединений, которые действуют на центр терморегуляции и провоцируют подъем температуры. К таким веществам принадлежат экзогенные факторы — продукты распада микробных клеток и экзотоксины, а также эндогенные цитокины — особые белки сыворотки крови, которые являются провоспалительными медиаторами. При этом сохраняется баланс между продукцией и отдачей тепла.
Классификация
Нарушения в системе терморегуляции бывают эндогенными и экзогенными. Эндогенные обусловлены патологическими процессами, происходящими в организме: изменениями водно-электролитного баланса и объема циркулирующей крови, эндокринными патологиями, воспалением. Причины экзогенных нарушений — влияние температурных показателей окружающей среды, несоответствие одежды погоде, воздействие химических и радиационных факторов, продуктов жизнедеятельности бактерий. Широко используется классификация по патогенетическому механизму и клиническим проявлениям:
- Гипотермия. Низкая температура тела — менее 35° С. Симптом чаще возникает под действием внешней причины: переохлаждения, купания в холодной воде. Пониженная температура встречается при тяжелых кровопотерях, шоке и коме. Отдельно выделяют терапевтическую гипотермию, которую применяют в неврологии и кардиохирургии для снижения потребности тканей в кислороде.
- Гипертермия. Подъем температуры более 37° С из-за срыва механизмов терморегуляции. Для этого состояния характерен длительный неконтролируемый рост температурных показателей. Абсолютные значения иногда достигают 43° С. Состояние наблюдается при перегревании и тепловом ударе, патологиях щитовидной железы, истерии, длительном психоэмоциональном перенапряжении.
- Лихорадка. Особый вид повышенной температуры тела, для которого характерно сохранение теплового баланса, но на более высоком уровне, чем обычно. Причины лихорадки бывают инфекционными (при всех вирусных, бактериальных и грибковых заболеваниях) и неинфекционными (при черепно-мозговых травмах, злокачественных новообразованиях, аутоиммунных процессах).
По колебаниям температурных показателей в течение суток выделяют несколько типов температурной кривой: постоянную, послабляющую, гектическую и др. В отдельную категорию нарушений терморегуляции относят озноб, который возникает как при гипотермии, так и в начальной стадии лихорадки. Причина появления этого симптома — спазм поверхностных кровеносных сосудов и усиленные некоординированные сокращения мелких мышечных групп (дрожь). Помимо вышеназванных факторов, проявление могут вызывать колебания женских половых гормонов, сердечно-сосудистые нарушения.
2. Температура тела в норме и в патологии/ Иванов К.П.// Международные Медицинские Обзоры — 1993 - № 3.
3. Медиаторные механизмы терморегуляции: Физиология терморегуляции (Руководство по физиологии)/ Лупандин Ю.В. — 1984.
Центральное звено системы терморегуляции. Центр терморегуляции. Установочная точка терморегуляции.
В терморегуляторном центре гипоталамуса обнаружены различные по функциям группы нервных клеток:
1) термочувствительные нейроны преоптической области;
2) клетки, «задающие" уровень поддерживаемой в организме температуры тела («установочная точка» терморегуляции) в переднем гипоталамусе;
3) вставочные нейроны (интернейроны) гипоталамуса;
4) эффекторные нейроны, управляющие процессами теплопродукции и теплоотдачи, в заднем гипоталамусе (рис. 13.5).
Рис. 13.5. Схема взаимодействия различных типов нейронов терморегуляторного центра гипоталамуса между собой и с кожными терморецепторами. Стимуляция тепловых рецепторов кожи (Рт) и гипоталамуса активирует процессы теплоотдачи в организме человека, а холодовых рецепторов (Рх) кожи и гипоталамуса — теплопродукции. Ин — интернейроны гипоталамуса.
Термочувствительные нервные клетки преоптической области гипоталамуса непосредственно «измеряют» температуру артериальной крови, протекающей через мозг, и обладают высокой чувствительностью к температурным изменениям (способны различать разницу температуры крови в 0,011 °С). Отношение холодо- и теплочувствительных нейронов в гипоталамусе составляет 1:6, поэтому центральные терморецепторы преимущественно активируются при повышении температуры «ядра» тела человека. На основе анализа и интеграции информации о значении температуры крови и периферических тканей, в преоптической области гипоталамуса непрерывно определяется среднее (интегральное) значение температуры тела. Эти данные передаются через вставочные нейроны в группу нейронов переднего отдела гипоталамуса, задающих в организме определенный уровень температуры тела — «установочную точку» терморегуляции. На основе анализа и сравнений значений средней температуры тела и заданной величины температуры, подлежащей регулированию, механизмы «установочной точки» через эффекторные нейроны заднего гипоталамуса воздействуют на процессы теплоотдачи или теплопродукции, чтобы привести в соответствие фактическую и заданную температуру. Таким образом, за счет функции центра терморегуляции устанавливается равновесие между теплопродукцией и теплоотдачей, позволяющее поддерживать температуру тела в оптимальных для жизнедеятельности организма пределах (рис. 13.6).
Рис. 13.6. Схема механизмов регуляции теплообмена в организме человека. Поддержание относительного постоянства температуры тела достигается с помощью баланса между количеством продуцируемого в единицу времени тепла в организме человека и количеством тепла, которое организм отдает за то же время в окружающую среду. Тепловой баланс регулируется нейрогуморальными механизмами, которые активируются в результате изменения импульсной активности эффекторных нейронов терморегуляторного центра гипоталамуса. В гипоталамический терморегуляторный центр поступает афферентная информация об изменениях внешней температуры от периферических терморецепторов и об изменения температуры «ядра» — от центральных терморецепторов (пояснения в тексте).
В механизме формирования «установочной точки» имеет значение уровень спонтанной активности вставочных нейронов гипоталамуса. Например, если уровень спонтанной активности интернейрона является высоким, то для усиления термогенеза требуется более высокая активность кожных Холодовых рецепторов, а значение пороговой температуры для регулируемой теплопродукции является более низким. И наоборот, если вставочный нейрон проявляет низкую спонтанную активность, то даже незначительная афферентация от кожных Холодовых рецепторов может оказаться достаточной для запуска дополнительного теплообразования в организме. Уровень спонтанной активности вставочных нейронов зависит от соотношения концентрации ионов натрия и кальция в гипоталамусе и некоторых других нетемпературных факторов.
Система терморегуляции не имеет собственных специфических эффекторных органов, она использует эффекторные пути других физиологических систем (сердечно-сосудистой, дыхательной, скелетной мускулатуры, выделительной и др.). Эти эффекторные механизмы усиливают либо ослабляют процессы теплопродукции и теплоотдачи в организме в зависимости от температурных условий окружающей среды.
В термонейтральных условиях внешней среды баланс теплопродукции и теплоотдачи в организме человека для поддержания оптимальной температуры тела достигается преимущественно за счет изменения просвета сосудов поверхности тела под влиянием симпатического отдела вегетативной нервной системы. Увеличение симпатического тонуса вызывает сужение кровеносных сосудов, а его снижение — расширение сосудов. Это приводит соответственно к уменьшению или увеличению переноса тепла кровью от «ядра» тела к «оболочке» и его рассеивания во внешнюю среду физическими способами.
В условиях высокой внешней температуры для поддержания оптимального температурного баланса в организме человека включения механизма сосудодвигательных реакций может быть недостаточно. Если уровень средней интегральной температуры тела, несмотря на расширение поверхностных сосудов, превышает величину установочной температуры, происходит резкое усиление потоотделения. Эта реакция также контролируется симпатической нервной системой через выделение из окончаний нервных волокон ацетилхолина. Испарение влаги с поверхности тела и поведенческие реакции (например, обмахивание веером, включение вентилятора или кондиционера) приобретают в усилении теплоотдачи ведущее значение.
В условиях низкой внешней температуры основную роль для поддержания оптимальной температуры тела играет активизация процессов теплопродукции, особенно когда, несмотря на сужение поверхностных сосудов и минимальное потоотделение, уровень средней интегральной температуры тела человека становится ниже, чем величина «установочной точки». Уровень теплопродукции в организме контролируется нейронами заднего отдела гипоталамуса и осуществляется посредством соматических и симпатических нервных волокон, а также при участии ряда гормонов и биологически активных веществ. Так, при увеличении притока афферентных нервных импульсов от Холодовых рецепторов кожи в гипоталамус первоначально усиливается сократительный термогенез. Для этого от нейронов дорсо-медиальной области гипоталамуса через ядра двигательной системы среднего и продолговатого мозга поток эфферентных нервных импульсов поступает к мотонейронам спинного мозга. Последние осуществляют ритмическую посылку эффекторных нервных импульсов к скелетным мышцам шеи, туловища, проксимальных отделов конечностей. Первоначально это проявляется в увеличении амплитуды и частоты электромиографической активности этих мышц, росте их тонического напряжения, однако видимых сокращений данные мышцы при этом не совершает. При этом в терморегуляционный тонус последовательно вовлекаются мышцы подбородка, шеи, верхнего плечевого пояса, туловища, сгибатели конечностей. Повышенный тонус мышц придает телу характерную позу «сворачивание в клубок», которая уменьшает площадь поверхности тела, контактирующей с внешней средой, и снижает интенсивность теплоотдачи.
При продолжающемся охлаждении организма, когда начинается снижение его внутренней температуры (температуры «ядра»), повышение тонуса скелетных мышц переходит в качественно новое состояние — возникают непроизвольные периодические сокращения скелетной мускулатуры, получившие название холодовой дрожи. В этом случае совершается сравнительно небольшая механическая работа скелетных мышц, и почти вся их метаболическая энергия освобождается в виде тепла. Скорость метаболизма и теплообразования в мышцах при холодовой дрожи может возрастать в 5 раз по сравнению с метаболизмом и теплообразованием в них в условиях относительного покоя. В условиях холода благодаря активизации симпатической нервной системы через ее медиатор норадреналин стимулируется липолиз в жировой ткани. В кровоток выделяются и в последующем окисляются с образованием большого количества тепла свободные жирные кислоты. Под влиянием норадреналина и адреналина происходит быстрое, но непродолжительное повышение теплопродукции в организме человека. Более продолжительное усиление обменных процессов достигается под влиянием гормонов щитовидной железы — тироксина и трийодтиронина.
Если, несмотря на активацию обмена веществ, величина теплопродукции организма становится меньше величины теплоотдачи, возникает понижение температуры тела, получившее название гипотермии. Противоположное состояние организма, сопровождающееся повышением температуры тела,— гипертермия, имеет место в том случае, когда интенсивность теплопродукции превышает способность организма отдавать тепло в окружающую среду посредством имеющихся у него способов теплоотдачи.
Эффективность терморегуляции. Значение температуры кожи
а) Концепция «заданной величины» в регуляции температуры тела. На примере рисунка ниже понятно, что в с случае критической температуры «сердцевины» тела, близкой к 37,1°С, наблюдаются коренные изменения как в интенсивности теплопродукции, так и интенсивности теплоотдачи.
Влияние температуры гипоталамуса на отдачу телом тепла путем испарения и на теплопродукцию, обусловленную главным образом мышечной дрожью.
Чрезвычайно высокий уровень критической температуры, при котором начинает увеличиваться теплоотдача, а теплопродукция достигает минимального стабильного уровня
При температурах выше этого уровня скорость теплоотдачи становится выше, чем скорость теплопродукции, в итоге температура тела снижается и приближается к уровню 37,1°С. При температурах ниже этого уровня скорость теплопродукции становится выше, чем скорость теплоотдачи, поэтому температура тела повышается и вновь приближается к уровню 37,1°С.
Этот критический уровень температуры назван «заданной величиной» механизма терморегуляции. Таким образом, все механизмы терморегуляции постоянно стремятся вернуть температуру тела к этой величине.
б) Коэффициент полезного действия системы терморегуляции. Еще раз обсудим вопрос, связанный с понятием «коэффициент полезного действия», применительно к регуляторной системе. Коэффициент полезного действия является способом оценки эффективности функционирования контролирующей системы. В случае терморегуляции это чрезвычайно важно для ограничения изменений температуры «сердцевины» тела при значительных колебаниях температуры окружающей среды в течение суток и даже часа. Коэффициент полезного действия системы терморегуляции равен отношению изменения температуры окружающей среды к изменению температуры «сердцевины» тела минус 1.
В экспериментах показано, что температура тела человека изменяется приблизительно на 1° на каждые 25-30° изменений температуры внешней среды, поэтому коэффициент полезного действия системы терморегуляции равен в среднем 27 (28/1,0 - 1,0 = 27), являясь чрезвычайно высоким для биологической регуляторной системы. Для сравнения: барорецепторная система регуляции артериального давления имеет коэффициент полезного действия менее 2.
в) Температура кожи может немного изменять «заданную величину» регуляции температуры «сердцевины» тела. Критическая температура гипоталамуса («заданная величина»), выше которой начинается потоотделение, а ниже — мышечная дрожь, предопределена главным образом степенью активности тепловых термосенсоров преоптической области переднего гипоталамуса. Однако температурные сигналы и от кожи, и от глубоких тканей тела (спинного мозга и органов брюшной полости) содействуют функционированию системы терморегуляции. Но как они это делают? По-видимому, они могут изменять «заданную величину» гипоталамического центра терморегуляции.
На рисунке ниже показано влияние различных температур кожи на значение «заданной величины» применительно к потоотделению.
Влияние изменений внутренней температуры головы на интенсивность теплоотдачи путем испарения. Температура кожи предопределяет значение «заданной величины», при котором начинается потоотделение
Видно, что значения «заданной величины» повышаются, если температура кожи снижается. На этом рисунке значения гипоталамической «заданной величины» у человека повышаются от уровня 36,7°С, если температура кожи превышает 33°С, до уровня 37,4°С на фоне снижения температуры кожи до 29°С. Следовательно, если температура кожи была высокой, потоотделение начиналось при более низкой температуре гипоталамуса, чем при более низкой температуре кожи.
Это взаимовлияние понятно, т.к. потоотделение подавляется при низкой температуре кожи, в противном случае объединенные влияния низкой температуры кожи и потоотделения могли бы стать причиной потери организмом слишком большого количества тепла.
Сходные эффекты наблюдаются при мышечной дрожи (для облегчения понимания просим вас изучить рисунок ниже).
Влияние изменений внутренней температуры головы на интенсивность теплопродукции. Температура кожи предопределяет значение «заданной величины», при которой начинается мышечная дрожь
Когда кожа становится холодной, это приводит к смещению «заданной величины» гипоталамического центра терморегуляции в сторону порога мышечной дрожи, даже если температура самого гипоталамуса остается нормальной. При этом низкая температура кожи может вызвать снижение температуры «сердцевины» тела, если только не увеличится теплопродукция. Таким образом, низкая температура кожи «предчувствует» падение внутренней температуры тела и препятствует этому.
Видео физиология терморегуляции - профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Читайте также: