При испарении пота с поверхности кожи организм теряет энергию в виде скрытой теплоты испарения, что приводит к снижению температуры тела. При низкой температуре среды, высокой влажности и безветрии скорость испарения уменьшается.
У многих млекопитающих мех настолько густой, что потоотделение может происходить только на не покрытых им участках тела: у собак и кошек, например, на подушечках лап, а у крыс — на ушах. Эти млекопитающие увеличивают теплоотдачу путем облизывания шерсти с последующим испарением влаги, а также путем частого поверхностного дыхания ("тепловая одышка"), при котором тепло отдает влажная поверхность слизистой рта и носа. У человека, лошади и свиньи пот может свободно выделяться через всю поверхность тела.
В настоящее время показано, что потоотделение является результатом повышения температуры во внутренних областях тела. В исследованиях, проведенных на людях и животных, установлено, что снижение температуры внутри тела после питья ледяной воды или охлаждения сонных артерий льдом, приложенным вокруг шеи, приводит к уменьшению потоотделения, даже если кожа подвергается воздействию тепла. В опытах с противоположным распределением тепла и холода наблюдается обратный эффект. Поскольку из сонных артерий кровь попадает в гипоталамус, эти опыты указывают на роль гипоталамуса в терморегуляции. Помещая термометр в ухо рядом с барабанной перепонкой, можно получить представление о температуре, существующей в гипоталамусе. На рис. 18.13 показано влияние температуры в этом участке и температуры кожи на потоотделение. Рассмотрите рисунок и ответьте на поставленные ниже вопросы.
Рис. 18.13. Графики, показывающие зависимость между температурой кожи, температурой гипоталамуса и скоростью испарения воды у человека в теплой камере (45°С). В точках а, б и в испытуемый выпивал глоток ледяной воды
18.4. Почему температура и скорость испарения пота остаются относительно постоянными в течение первых 20 мин?
18.5. Опишите взаимоотношения между температурой гипоталамуса и скоростью потоотделения.
18.6. Попробуйте объяснить, почему сразу после приема ледяной воды температура кожи повышается.
Теплоизоляция между внутренней областью тела и окружающей средой. Теплоизоляция тела обеспечивается прослойкой неподвижного воздуха над поверхностью кожи (пограничный слой), а затем кожным и подкожным жиром. Перья, мех и одежда сохраняют пограничный слой воздуха, а поскольку воздух — плохой проводник тепла, он уменьшает теплоотдачу. Степень достигаемой при этом теплоизоляции зависит от толщины воздушной прослойки. При низкой температуре в результате рефлекторного сокращения кожной мускулатуры волосы или перья приподнимаются и слой неподвижного воздуха становится толще. У человека эта реакция еще сохранилась, но так как волос на теле у него очень мало, она дает лишь эффект, известный под названием "гусиной кожи". Отсутствие волос человек компенсирует теплоизолирующим действием одежды. Для многих млекопитающих характерно сезонное накопление толстого слоя подкожного жира, особенно у тех видов, которые не впадают в зимнюю спячку и переносят холода в активном состоянии. У водных млекопитающих, особенно у тех, которые живут в холодных водах (киты, морские львы, моржи и тюлени), имеется толстый слой жира, называемого ворванью, который отлично защищает их от холода.
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.