Учебное пособие Лихорадке. Клинические аспекты физиологии терморегуляции

Температура тела – одна из пластичных констант, поддержание которой является важным условием нормальной жизнедеятельности организма.

С точки зрения термодинамики, организм человека относится к открытым системам, так как для своего существования он непрерывно обменивается с внешней средой веществами и энергией. Температура тканей определяется соотношением скорости метаболической теплопродукции их клеточных структур и скорости рассеивания образующейся теплоты в окружающую среду.

Для поддержания температуры тела на постоянном уровне необходимо достижение устойчивого температурного равновесия: теплопродукция должна равняться теплоотдаче. Теплообмен между организмом и внешней средой является неотъемлемым условием существования, а поддержание температуры тела в оптимальных пределах – основа стабильности биохимических реакций в организме.

Термодинамическая устойчивость организма человека обеспечивается эндотермией – внутренним регулируемым теплообразованием, в основе которого лежит изменчивость физиологических процессов, зависящих от циркадного ритма, физической активности, приема пищи и других факторов.

С точки зрения физиологии терморегуляции человек относится к организмам-регуляторам, способным поддерживать температуру тела на определенном уровне с суточными колебаниями не превышающими 2ºС (гомойотермия), но на определенных этапах онтогенеза (период новорожденности) человек гетеротермен.

Для поддержания температуры тела гомойотермные организмы, обладают свойствами, которые Макс Рубнер назвал физической и химической терморегуляцией.

Под химической терморегуляцией понимают возможность изменения теплопродукции за счет усиления или ослабления экзотермических реакций окисления субстратов. Химическая терморегуляция определяется в основном деятельностью мышц (сократительный термогенез) и усилением метаболизма в других тканях и органах (несократительный термогенез).

Сократительный термогенез – терморегуляционный тонус и дрожь.

Терморегуляционный тонус протекает на уровне отдельных двигательных единиц по типу низкочастотного зубчатого тетануса, близкого к режиму одиночных сокращений (частота сокращений 4-16 в секунду). Терморегуляционный тонус возникает не во всех мышцах. Вовлекаются мышцы шеи, туловища и сгибатели конечностей, что и определяет позу, уменьшающую поверхность диссипации (сворачивание в клубок, поза «эмбриона»).

Холодовая дрожь характеризуется периодической залповой активностью высокопороговых двигательных единиц на фоне имеющегося терморегуляторного тонуса.

Низкочастотные разряды двигательных единиц во время терморегуляторного тонуса и дрожи являются крайне неэкономичными в смысле расхода энергии и тем самым дают большое высвобождение теплоты.

Несократительный термогенез, в первую очередь, обеспечивается бурой жировой тканью, расположенной преимущественно вокруг шеи и между лопатками. В такой ткани скорость окисления жирных кислот возрастает в 20 раз (по сравнению с белым жиром), при этом идет свободное холостое окисление (при отсутствии синтеза и распада АТФ) с единственной целью – получение теплоты .

Под физической терморегуляцией понимают комплекс реакций, лимитирующих теплоотдачу. В стационарных условиях покоя, характеризующихся постоянством средней температуры тела, интенсивность метаболизма должна быть равна скорости переноса тепла от внутренней области тела (ядра) к поверхностному слою – внутренний поток тепла, и скорости переноса тепла от поверхности тела в окружающее пространство – наружный поток тепла. Регуляция теплопереноса осуществляется главным образом за счет изменения интенсивности кровотока, обеспечиваемого сосудистым тонусом.

Физиологически целесообразно выделение в гомойотермном организме "ядра" – внутренние структуры с устойчивой температурой, и окружающих его термоизолирующих тканей – "оболочки". Условно можно говорить о "гомойотермном" ядре и "пойкилотермной" оболочке. Когда речь идет о температуре тела гомойотермного организма, имеется в виду температура "ядра". В различных частях тела температура различна и определяется расположением органа, степенью его кровоснабжения, функциональной активностью, а также температурой внешней среды. Топографические различия между температурой центральных областей тела и ее периферией достигают 0,5-11ºС. В каждом органе или части тела можно определить направление температурного градиента. Например, температура коры головного мозга в среднем ниже на 1ºС, чем в стволе мозга (поперечный градиент). В конечностях существуют продольный (осевой) и радиальный температурный градиенты .

Внутренний поток тепла осуществляется посредством двух механизмов: конвекции и проведения. Конвекция обеспечивается циркуляцией крови и является основным механизмом внутреннего теплопереноса. Кровь обладает высокой теплопроводностью и хорошо подходит для поддержания теплового баланса.

Компонентами наружного потока тепла являются: проведение, конвекция, излучение и испарение .

Теплоперенос проведением происходит при соприкосновении тела с плотным субстратом, температурой и теплопроводностью которого будет определяться величина потери тепла.

Интенсивность конвекции зависит от разности температуры кожи и окружающего воздуха, а также "эффективной" площади поверхности тела, с которой контактирует воздух. Конвекция может быть естественной и форсированной.

Теплоотдача в виде длинноволнового инфракрасного излучения, испускаемого кожей, точно описывается уравнением Стефана – Больцмана и является функцией четвертой степени от абсолютной температуры. Коэффициент излучения учитывает излучающую способность кожи, которая равна примерно единице независимо от пигментации. В условиях, когда температура излучения внешних источников превышает среднюю температуру кожи, то тепло не рассеивается, а поглощается телом. Коротковолновая инфракрасная радиация естественных (Солнце) или искусственных (обогреватели) источников снижают излучающую способность кожи до 0,5-0,8.

Перенос тепла путем излучения и конвекции объединяют и называют "сухой" теплоотдачей, которая существенно редуцируется, если на границе "кожа-окружающая среда" находится преграда (например, одежда, одеяло и др.).

Важным механизмом рассеивания тепла является испарение, на долю которого в условиях нейтральной температуры приходится до 20% теплоотдачи. Величина испарения зависит от разности между давлением водяного пара на коже и в окружающем воздухе. Она так же определяется коэффициентом переноса тепла, зависящим от очертаний поверхности кожи, атмосферного давления и скорости обдувающего воздуха. Испарение – самый эффективный способ отдачи тепла при высокой температуре тела, который мало зависит от температуры окружающей среды. Использование одежды, не проницаемой для паров воды, и высокая влажность окружающего воздуха могут затруднить или полностью прекратить отдачу тепла испарением. Имитирует испарение такой способ снижения температуры тела, как обтирание. Для максимального сходства с физиологическим процессом необходимо использовать для обтирания теплую воду без добавления вспомогательных веществ.

Управление процессами физической и химической терморегуляции осуществляется распределенной системой, основной частью которой является гипоталамический центр.

Система терморегуляции – многоуровневая. Первый уровень – терморецепторы (восприятие теплового раздражения): периферические  (в коже и внутренних органах)  и центральные (в ЦНС). Второй уровень – центральный контроллер (обработка температурной информации и образование эфферентной импульсации). Третий уровень – эффекторы (исполнительные звенья).

Терморецепция осуществляется свободными окончаниями тонких сенсорных волокон, не связанных с какими-либо специализированными образованиями. Возможно, что функцию холодовых рецепторов выполняю также колбы Краузе, а тепловых рецепторов – тельца Руфини.

Для холодовых рецепторов максимальная частота разрядов обнаружена в пределах 20-33ºС, для тепловых – 40-46ºС. Среди периферических рецепторов преобладают холодовые, а большинство терморецепторных нейронов гипоталамуса – тепловые. Сигналы от периферических терморецепторов направляются в передний гипоталамус (медиальную преоптическую область), где происходит сравнение сигналов с уровнем активности центральных термосенсоров.

Периферические терморецепторы располагаются на некотором расстоянии от поверхности кожи, в результате чего они воспринимают излучение косвенно после охлаждения или нагревания эпидермиса и дермы. Нейтральный термодиапазон для кожи находится в пределах от 32ºС до 42ºС. Если указанная температура длительное время не изменяется, то возбуждения рецепторов не происходит. Резкое её изменение, даже в указанном интервале, приводит к возбуждению холодовых или тепловых рецепторов.

Охлаждение кожи, последующее возбуждение холодовых рецепторов "воспринимается" гипоталамусом как замерзание организма, что приводит к активации симпатической ВНС, повышению тонуса кожных и подкожных сосудов, усилению термоизоляции организма. Симпатическая стимуляция вызывает пиломоторный рефлекс (эффект "гусиной" кожи), бледность и "мраморность" кожи. Структуры заднего гипоталамуса активируют систему регуляции пóзного мышечного тонуса (терморегуляционный тонус, дрожь, поза "эмбриона"). Выделение адреналина и норадреналина симпатической нервной системой и надпочечниками через тканевые β-адренорецепторы стимулируют энергообмен во всех тканях, в том числе в бурой жировой. Эффективность адренергической стимуляции теплообразования потенцируется тиреоидными гормонами, выделение которых при охлаждении усиливается.

Согревание кожи уменьшает активность холодовых периферических терморецепторов, в результате снижается тонус эфферентных структур гипоталамуса, расширяются кожные сосуды, уменьшается симпатическая и тиреоидная активация энергообмена.

В условиях перегревания организма ведущая роль принадлежит возрастающей активности тепловых нейронов – термосенсоров медиальной преоптической области. Активируется парасимпатическая часть вегетативной нервной системы, управляющая потоотделением, высокочастотной активацией диафрагмы, приводящей к тепловому тахипноэ. Для минимизации энергообмена в мышцах тормозится двигательная активность.

Таким образом, торможение двигательной активности у ребенка с лихорадкой (описываемое родителями как слабость, вялость, сонливость, "нежелание" двигаться) является биологически целесообразной реакцией.

Осуществляя уход за ребенком с повышением температуры тела и применяя различные способы охлаждения, необходимо учитывать физиологические основы терморегуляции организма. Методики форсирования элементов наружного теплопереноса должны быть максимально приближены к естественным (физиологическим) условиям. Применение "традиционных" (нефизиологических) способов охлаждения (уксус- или спиртсодержащими растворами, холодной водой с последующим обмахиванием и т.д.) недопустимо.

Продолжение пособия по лихорадке у детей

Добавить комментарий