18.4.4. Тепловой баланс и роль гипоталамуса

Тепловой баланс любого тела определяется соотношением между теплом, которое оно получает, и теплом, которое оно отдает.

Эндотермные животные способны вырабатывать достаточное количество тепла и регулировать теплоотдачу, поэтому равенство прихода и расхода тепла у них всегда сохраняется (рис. 18.14). Это свойство носит название гомойотермии. Как уже говорилось в начале этой главы, любой механизм, имеющий вход и выход, для поддержания своей стабильности нуждается в регуляторной системе.

Рис. 18.14. Схема теплообмена между телом лошади (температура 38°С) и окружающей средой в жаркий солнечный день при температуре воздуха 30°С. Прерывистыми линиями показана передача тепла путем излучения

У млекопитающих и птиц имеется хорошо развитая система терморегуляции, включающая рецепторы, эффекторы и чрезвычайно чувствительный регуляторный центр в гипоталамусе. Этот центр следит за температурой крови, отражающей температуру тех органов, через которые она протекает. Чтобы гипоталамус мог регулировать температуру внутренних областей тела (как у эндотермных животных), он должен получать также информацию об изменениях наружной температуры. Без такой информации тело могло бы получить или потерять массу тепла, прежде чем изменение внутренней температуры вызовет активацию гипоталамуса и заставит его принять надлежащие меры. Эту информацию гипоталамус получает от периферических терморецепторов, находящихся в коже; они воспринимают изменения окружающей температуры и посылают импульсы в гипоталамус еще до того, как изменится температура внутренних областей тела. Существуют терморецепторы двух типов - холодовые и тепловые. При соответствующей стимуляции эти рецепторы генерируют импульсы в отходящих от них афферентных нервных волокнах. Одна часть импульсов идет в гипоталамус, а другая - в сенсорные зоны коры, где возникают температурные ощущения, соответствующие силе и длительности стимуляции, а также числу возбужденных рецепторов. Подсчитано, что у человека имеется примерно 150 000 холодовых и 16 000 тепловых рецепторов. Это позволяет организму быстро и точно регулировать температуру внутренних областей тела. С точки зрения теории управления кожные рецепторы действуют как детекторы внешнего возмущения, "предсказывающие" вероятное изменение температуры тела. В то же время другие факторы, изменяющие эту температуру (такие, как интенсивность обмена или болезненное состояние), будут непосредственно влиять на нее, и ее изменения будут обнаружены рецепторами гипоталамуса. В большинстве случаев в поддержании постоянной температуры тела участвуют и периферические, и гипоталамические рецепторы.

Изучение терморегуляторной активности гипоталамуса показало, что здесь имеются два различных центра терморегуляции, функции которых суммированы в табл. 18.1. Взаимоотношения между корой мозга, гипоталамическими центрами терморегуляции, температурой внутренних областей тела и кожи и температурой окружающей среды показаны на рис. 18.15 и 18.16.

Таблица 18.1. Функции центров теплоотдачи и теплопродукции, расположенных соответственно в переднем и заднем отделах гипоталамуса и оказывающих противоположное действие

Рис. 18.15. Общая схема рефлекторной регуляции температуры тела у млекопитающих, включающая окружающую среду, гипоталамус и температуру крови

Рис. 18.16. Гомеостатический контроль температуры тела

При некоторых заболеваниях температура тела повышается в результате того, что "термостат" оказывается настроенным на более высокую температуру. Предполагается, что эту перенастройку вызывают определенные вещества, называемые пирогенами, к числу которых относятся токсины патогенных микробов и вещества, выделяемые нейтрофилами крови. Эти вещества повышают "заданный" уровень температуры, действуя, очевидно, непосредственно на гипоталамус. Повышение температуры тела стимулирует защитные реакции организма и способствует разрушению патогенных факторов. Жаропонижающие средства типа аспирина понижают "заданное значение" и снимают тягостные симптомы лихорадочного состояния, но при этом, по-видимому, замедляют нормальные защитные реакции. Однако в случаях чрезмерно высокой температуры эти лекарственные препараты оказываются необходимыми, так как позволяют предотвратить необратимые изменения головного мозга.

18.7. Развитие лихорадочного состояния часто сопровождается дрожью и ощущением холода (ознобом). Объясните эти симптомы на основе представлений о механизме терморегуляции.