6. Терморегуляция Тренировочные задачи

478. При подготовке кошки к участию в выставке некоторые хозяева содержат ее на хо-лоде и при этом кормят жирной пищей. Зачем это делают?

Решение. Правило АСФ. Всякое внешнее воздействие, тем более продолжительное, вызы-вает в организме приспособительные реакции. Это справедливо и для действия холода. Какой же из возникающих при этом сдвигов может иметь значение на выставке? При действии холода про-исходит усиленное отрастание шерсти, что ценится. А зачем кормят жирной пищей? На холоде увеличиваются теплопотери, а жир обладает наибольшей теплотворной способностью. Следова-тельно, такая диета повышает теплопродукцию.

479. Экспериментальное оперативное вмешательство привело к тому, что существенно снизилась способность животного поддерживать изотермию в условиях низкой темпе-ратуры среды. Какова возможная локализация оперативного вмешательства?

Решение. Правило АСФ. Постройте систему «теплопродукция». В нее должны войти органы

• ткани, участвующие в выработке тепла, а также нервные центры, управляющие этим процессом. Оперативным путем можно повлиять на два 'основных звена в этой системе – щитовидную железу

• задний гипоталамус.

480. Температура воздуха +38° С. Раздетый человек испытывает следующие способы борьбы с перегреванием: а) лежит, свернувшись «калачиком»; б) находится в воде при той же температуре; в) заворачивается в мокрую простыню; г) стоит.

Расположите эти способы в порядке снижения эффективности.

Решение. Правило АСФ. Пути отдачи тепла организмом – конвекция, радиация, испарение

пота, кондуктивность. При температуре 38° С основную роль играет, испарение. Ответ следующий: в), г), а), б). Обоснуйте этот ответ.

481. Почему при одной и той же температуре воздуха мы больше зябнем в «слякотную» погоду, чем в сухую?

Решение. Применим обратное правило АРР-ВС. Узлы пересечения взаимодействующих си-стем «человек» и «воздух» отличаются влажностью воздуха. Более влажный содержит в избытке пары воды и благодаря этому становится более теплопроводным. Поэтому отдача тепла с поверх-ности тела идет быстрей, чем в сухом воздухе и человек зябнет.

482. Какую общую физиологическую функцию выполняют уши кролика, хвост крысы и рога козла?

Решение. Поскольку речь идет об общей функции, то в данном случае надо искать не раз-личия, а сходство элементов систем, перечисленных в условии. Какие общие особенности можно выявить у них? Во-первых, большая поверхность. Во-вторых, отсутствие шерстного покрова или слабая его выраженность (уши кролика). В-третьих, богатая васкуляризация. Теперь свяжем все эти признаки с работой системы «терморегуляция». К теплопродукции они никакого отношения

131

иметь не могут, значит, дело в теплоотдаче. Действительно, все эти особенности способствуют усиленной теплоотдаче. Например, у некоторых видов крыс в условиях высокой температуры сре-ды объем кровотока в хвосте увеличивается в 180-200 раз. Нагретая кровь, протекая по обширной поверхности, лишенной шерсти., отдает большое количество тепла.

483. Всегда ли увеличение количества выделяющегося пота приводит к увеличению теп-лоотдачи?

Решение. Охлаждающий эффект дает не выделение пота, а его испарение. Если пот выде-ляется очень обильно, он стекает по коже, не успевая испариться.

484. В опытах на животных и людях показано, что сразу же после приема ледяной воды температура кожи повышается. Чем можно объяснить этот, казалось бы парадоксаль-ный эффект?

Решение. Используем обратное правило АРР-ВС. Сравниваем системы «поступление ледя-ной воды в организм» и «нет ледяной воды в организме». Построим узлы пересечения. Из систе-мы «воздух» в узле пересечения находятся элементы «температура воздуха» и «скорость движе-ния воздуха». Из системы «кожа» – элементы «приток крови» и «испарение жидкости» (пота). Тем-пература кожи зависит от взаимодействия этих четырех элементов. Об окружающем воздухе в за-даче ничего не говорится. Значит, мы должны рассмотреть элементы системы «кожа» до и после приема ледяной воды. При этом необходимо напомнить, что испарение жидкости через кожу про-исходит постоянно, даже, если это внешне незаметно (неощущаемая перспирация).

Итак, изменение температуры кожи может произойти в двух случаях. Или после приема ле-дяной воды сосуды кожи расширяются, или уменьшается испарение жидкости с поверхности кожи. В условиях охлаждения внутренней среды организма регуляторная реакция может состоять только в уменьшении испарения жидкости с поверхности кожи, что приведет к уменьшению потерь тепла. Это и обусловливает повышение температуры кожи. Понятно, что такой эффект будет кратковре-менным, потому что вода в желудке и кишечнике постепенно нагреется.

485. Почему начало лихорадки, приводящей к резкому повышению температуры тела, со-провождается ознобом и дрожью, а после кризиса с последующим возвратом температу-ры к нормальному уровню больной сильно потеет?

Решение. Решить задачу невозможно, если не знать хотя бы в общих чертах механизм ли-хорадочной реакции. Он состоит в том, что под влиянием факторов, вызывающих лихорадку, например, инфекционных, лейкоциты выделяют особое вещество – лейкоцитарный пироген. Он воздействует на те нейроны в гипоталамусе, которые определяют уровень температуры тела, поддерживаемый системой терморегуляции (задающий элемент в системе регулирования). В ре-зультате этот уровень смещается от 36-37° С до 38-4Г С. Теперь посмотрим на рис. 9.4. В блок сравнения поступает информация от ЗЭ о том, что что температура тела должна быть, допустим, 40° С, а по обратной связи приходит сообщение, что на самом деле она составляет, скажем 36,5° С. Блок сравнения оценивает такую ситуацию, как сильное охлаждение организма. В результате возникает озноб, дрожь и температура повышается до требуемого уровня. При кризисе картина

обратная. Опасность миновала и ЗЭ возвращает величину температуры тела к нормальному значению. Но по обратной связи все еще поступает информация о высокой температуре. Центры реагируют на это, как свидетельство перегревания. Начинается усиленное потоотделение и тем-пература снижается.

Принцип целесообразности и здесь выступает наглядно – повышение температуры способ-ствует обезвреживанию микробов, помогает организму бороться с врагом. Но, если этот механизм сработает слишком интенсивно и температура повысится до опасного уровня, то может нарушить-ся работа сердца и нейронов головного мозга. В таком случае температуру необходимо снизить лекарственными средствами. Напомним еще раз – все неприятности при борьбе организма с бо-лезнью возникают только по одной из двух причин – или защитные силы организма действуют слишком слабо, или, наоборот, чересчур сильно.

486. У белых крыс потоотделение практически отсутствует. Поэтому у них механизм борьбы с перегреванием состоит в обильном выделении слюны и размазывании ее по по-верхности тела. Испарение слюны дает охлаждающий эффект, аналогичный испарению пота. В экспериментах с длительным воздействием высокой температуры среды было показано, что некоторые крысы способны выделить количество слюны, превышающее объем плазмы крови. Как это может произойти?

Решение. Конечно, применим правило АСФ и построим систему «образование слюны». Слюна на 98% состоит из воды. Вода фильтруется в слюнной железе из плазмы крови. А что про-

132

изойдет, если плазма отдаст значительную часть воды? В ней повысится осмотическое давление и в результате вода станет из-за разности осмотических давлений поступать в плазму из межкле-точной жидкости. Теперь и в последней повысится осмотическое давление и в межклеточное про-странство начнет переходить вода из тканей, прежде всего из мышц. В итоге произойдет сильное обезвоживание мышц. Это еще один пример того, что, реагируя на опасность, организм обеспечи-вает прежде всего главную функцию, жертвуя ради нее менее важным.

Задачи для самоконтроля

487. Одно животное периодически помещают в холодную воду, а другое в комнату с возду-хом той же температуры. У кого более значительно изменится обмен веществ?

487. Почему человек, находящийся на морозе в состоянии алкогольного опьянения, особен-но подвержен угрозе замерзания?

487. Почему в нейлоновой рубашке жара переносится значительно тяжелей, чем в хлопча-тобумажной?

487. У людей, адаптированных к тепловым воздействиям, в поте увеличивается количество жирных кислот. В чем состоит приспособительное значение этого сдвига, который является при-мером биохимической адаптации.

487. Почему в жаркую погоду ветер приятен, а в холодную наоборот?

487. Как доказать, что гипоталамические центры терморегуляции реагируют на комплексный сигнал, а именно: и на температуру крови, притекающей к гипоталамусу, и на температуру кожи?

487. В состоянии клинической смерти через 5-6 минут происходит гибель клеток КБП. По-этому реанимацию необходимо начинать буквально в первые же секунды после наступления кли-нической смерти. Каким образом можно продлить продолжительность периода обратимой клини-ческой смерти?

487. Почему в холодную погоду воробьи «нахохливаются»?

487. Теплоизоляционные свойства меха у полярного песца настолько велики, что позволяют животному поддерживать температуру тела, на 80-100 градусов превышающую температуру* сре-ды. Однако., у песца есть небольшая часть тела, которая имеет температуру на 30 градусов ниже, чем все остальное. Какая же это часть?

488. Почему жители Средней Азии летом, когда очень жарко, одевают ватные халаты?

487. Если человек вынужден работать при температуре среды, превышающей температуру тела, и стопроцентной влажности воздуха, то в таких условиях все механизмы теплоотдачи стано-вятся неэффективными. Поэтому может наступить опасное для жизни перегревание. Что можно сделать искусственным путем для облегчения состояния человека? Использование защитных ко-стюмов исключено.

Решения задач для самоконтроля

487. Правило АРР-ВС. Рассмотрим различия между системами «вода» II «воздух» и выбе-рем из них то, что может иметь отношение к системе терморегуляции. Теплопроводность воды значительно выше, чем воздуха. Поэтому и ее охлаждающая способность намного больше. При воздействии холода обмен веществ (теплопродукция) компенсаторно увеличивается. Понятно, что это увеличение будет больше при действии холодной воды.

488. Правило АРР-ВС. Поскольку различия результатов известны, правило обратное. Срав-ним узлы пересечения системы «холод» с системами «трезвый человек» и «пьяный человек». У пьяного в узле пересечения должен появиться элемент, связанный с действием холода и имею-щий отношение к системе «терморегуляция». Этот элемент – просвет сосудов. Под действием ал-коголя сосуды кожи расширяются. По ним протекает увеличенное количество крови и это создает субъективное ощущение тепла несмотря на продолжающееся действие холода. Таким образом алкоголь извращает обратную связь в системе терморегуляции. Кроме того, он способствует за счет быстрого окисления образованию больших количеств тепла в организме. Из-за ослабления самоконтроля и субъективного ощущения тепла пьяный человек на морозе распахивает шубу, что еще больше способствует усилению теплоотдачи и опасному для жизни переохлаждению.

489. Правило САС. Чем отличается нейлоновая ткань от хлопчатобумажной? Она очень плохо пропускает воздух и водяные пары. В жаркую погоду пододеждный слой воздуха быстро нагревается до температуры тела. Так как этот воздух не уходит в атмосферу, градиент темпера-туры, с наружным воздухом исчезает и прекращается теплоотдача конвекцией и радиацией. Оста-ется испарение пота. Выделяющийся в пододеждное пространство пот быстро полностью насы-щает находящийся в нем воздух, потому что водяные пары также не проходят через нейлоновую ткань. В результате пот перестает испаряться и только стекает по коже. Механизмы теплоотдачи перестают работать и может наступить перегревание организма.

490. Правило АСФ. Охлаждающее действие пота связано с его испарением с кожи. Следова-

133

тельно, чем больше пота успевает испариться за единицу времени, тем эффективней теплоотда-ча. Как же влияют¹ жирные кислоты на испарение? Как известно, они понижают поверхностное натяжение. Благодаря этому капли пота лучше растекаются по коже и быстрее испаряются.

491. Правило АСФ. В чем сущность действия ветра? Он сдувает прогретый слой воздуха, непосредственно соприкасающийся с кожей. На смену этому слою приходит более холодный. В жару это оказывает освежающее действие, а при низкой температуре способствует дополнитель-ному охлаждению.

492. Правило АСФ. Сущность вопроса в том, что реакция нейронов гипоталамуса на темпе-ратуру крови зависит не только от этой температуры, как таковой, но и от температуры кожи в дан-ный момент. Для доказательства этого нагревают до определенной температуры область гипота-ламуса, в которой находятся центры терморегуляции, регистрируют их электрическую активность и затем изменяют температуру кожи. При этом наблюдаются изменения электрической активности нейронов гипоталамуса при одной и той же температуре крови, но разной температуре кожи.

493. Правило АСФ. Почему погибают нейроны мозга, в первую очередь КБП вскоре после наступления клинической смерти? Главная причина – аноксия, отсутствие кислорода, который ин-тенсивно потребляется мозгом. Следовательно, чтобы продлить состояние клинической смерти, необходимо уменьшить интенсивность метаболизма, что снизит потребность в кислороде. Для этого можно охладить организм до 28-30 градусов. Это позволит выиграть время для проведения реанимационных мероприятий.

494. Правило АСС. Что изменится в системе «перьевой покров» при нахохливании? Между поднятыми перьями помещается больше воздуха, что улучшает теплоизоляцию и уменьшает теп-лопотери.

495. Естественно, это часть тела, на которой совершенно нет меха. Догадаться нетрудно. Вы, наверно, подумаете, что должны существовать механизмы, не позволяющие носу замерзнуть, и будете правы. Но все-таки незащищенную мехом поверхность согревать труднее. Поэтому тем-пература носа у полярных животных значительно ниже температуры тела.

496. Задача относится не к легкой промышленности, а к термодинамическому подходу в фи-зиологии. Самопроизвольные процессы идут по градиенту. На холоде нагретое тело быстро отда-ет тепло. В этих условиях ватный халат будет уменьшать теплоотдачу, задерживая теплый воздух в подхалатном пространстве. В сильную же жару градиент изменяет направление и организм бу-дет не отдавать тепло, а получать его от горячего воздуха. В такой ситуации ватный халат способ-ствует ограничению теплового потока, поступающего к телу.

497. В условиях, указанных в задаче, охлаждающий эффект может дать только испарение жидкости. Но влажность окружающего воздуха стопроцентная. Значит, нужно обдувать человека струей сухого и желательно холодного воздуха. Тогда пот сможет испаряться в обтекающий тело слой более сухого воздуха.