Ні жарко, ні холодно

Розглядаючи еволюцію як процес вдосконалення гомеостазу, не можна промовчати про температуру внутрішнього середовища організму і про терморегуляції. Більшість хімічних реакцій, в тому числі і біохімічних, пов'язаних з обміном речовин, який протікає інтенсивніше при високих температурах, ніж при низьких. Так, якщо вимірювати швидкість споживання кисню різними організмами в залежності від їх температури, то залежність між цими двома змінними досить однакова всіх живих істот і зростає при підвищенні температури тіла у всіх однаково. Однак ті організми, власна температура яких дорівнює температурі зовнішнього середовища, зазвичай більш активні при досить високій зовнішній температурі. Легше всього живеться, звичайно, тим істотам, чия температура постійна і не залежить від спеки або холоду. В цьому відношенні найдалі просунулися теплокровні тварини - ссавці і птахи.
Температура тіла залежить від двох факторів: від теплопродукції і тепловіддачі від. На першу впливає інтенсивність обміну речовин, причому, як ми вже сказали, обмін речовин, в свою чергу, залежить від температури на швидкість обміну впливають і деякі гормони, особливо гормони щитовидної залози і надниркових залоз. Можна зауважити, що навіть у деяких риб завдяки інтенсивному обміну речовин температура тіла завжди вище на кілька градусів (!), ніж температура води, і ця різниця, як читач здогадується, влітку більше, ніж взимку. Життєва активність багатьох холоднокровних залежить від надходження тепла ззовні. Звідси різні особливості поведінки холоднокровних: сезонна сплячка або навіть повна зупинка життєвих процесів (наприклад, у жаби взимку), добові ритми поведінки амфібій і рептилій, пов'язані з коливаннями температури.
Не вдаючись у деталі життя холоднокровних, розглянемо детальніше особливості наземних ссавців, які завжди добре регулюють свій температурний гомеостаз (втім, інші рептилії теж володіють потужним апаратом терморегуляції).
Теплоутворення у ссавців відбувається головним чином у печінці, в процесі хімічної обробки їжі (близько 50 % всього тепла). У середньому п'яту частину всієї теплової енергії виділяють м'язи, причому інтенсивна фізична робота може збільшити сумарну теплопродукцію людини разів у десять, хоча в цьому збільшенні деяка частка належить м'язах серця, дихальної мускулатури, судинних м'язів і тим нервових тканин, які беруть участь в роботі та її забезпечення енергетичними ресурсами. У спокої близько 10 % тепла виділяє головний мозок і приблизно стільки ж - серце і дихальні м'язи.
У молодих організмів істотну частку в энергообразовании несе бурий жир - його значення дещо нагадує роль яєчного жовтка для пташиного зародка.
Все виникло настільки різними способами тепло повинно забезпечити ссавцю постійну температуру тіла. У людини ця температура приблизно на градус вище тієї, яку вимірюють під пахвою. Ця більш висока температура властива порівняно обмеженій ділянці тіла, досить віддаленого від поверхні і досить труднодоступному для точного вимірювання. Сам цей термостабільний ділянку називають ядром, а його температуру - центральної температурою. Вона близька до температурі головного мозку і спокій у здорової людини дорівнює приблизно 37,5 °С.
У дрібних ссавців температура тіла значно вище, тому що поверхня їх тіла (тобто тепловіддача) на одиницю маси більше, а рухова активність зазвичай велика.
Нарешті, на теплоутворення впливає з'їдена їжа, яка може бути калорійною чи ні, багатою або бідною, а голодному завжди холодніше, ніж ситому. Має значення і емоційний стан, і активність вегетативних нервових структур, що впливають на теплоутворення і розташованих, за нинішніми уявленнями, переважно в задній частині гіпоталамічного відділу мозку.
Отже, все тепло, що утворилася в організмі, має розсіятися у зовнішньому середовищі, але з певною швидкістю, щоб забезпечити температурний гомеостаз ядра. Тепловіддача, дисипація теплової енергії необхідна, інакше відбудеться перегрівання і загибель.
Тепловіддача відбувається кількома шляхами. Це, по-перше, теплове випромінювання. Не слід, однак, забувати, що теплову енергію випромінює будь-яке тіло, в тому числі і навколишні організм предмети,- сонце, гарячий пісок, випромінювання відбувається і від менш нагрітих тіл, ніж шкіра тварини, і це излученное ззовні тепло організм в тій чи іншій мірі сприймає, поглинаючи, або відображає.
Другий шлях віддачі тепла - конвекція, яка відбувається під час безпосереднього контакту з зовнішнім середовищем. Інтенсивність такої втрати тепла тим вище, чим більше теплопровідність покривів тіла і самої середовища, що поглинає тепло, а також від того, з якою швидкістю переміщається організм у середовищі (або з якою швидкістю середовище омиває організм, наприклад від швидкості вітру), а також, звичайно, від різниці температур шкіри і зовнішнього середовища. Якщо температура того й іншого однакова, немає і конвекційної тепловтрати.
Нарешті, третій спосіб віддачі тепла - випаровування вологи з поверхні тіла. Ступінь охолодження поверхні при цьому залежить від температури кипіння і теплоти пароутворення рідини, але в умовах живого організму випаровується або піт, або слиз верхніх дихальних шляхів і слина, які за цими параметрами досить близькі. У потіють тварин (і у людей) кількість поту може бути дуже велика. На наших очах працюють в скафандрах в умовах сильної спеки втрачали за 10 хв кілька літрів поту. Теплова задишка буває у непотеющих тварин, наприклад, у собаки, і навіть у деяких ящірок і у крокодилів.
Для нашого сюжету важливо те, що всі способи тепловіддачі забезпечуються насамперед судинними реакціями, що виникають рефлекторно. Судини шкіри розташовані в декілька шарів, з'єднаних особливими «кранами» - шунтами. У випадку, якщо потрібно збільшити охолодження організму, кровотік перемикається в поверхневі судини шкіри, а ці судини ще й розширюються. Це сприяє посиленню теплової радіації і конвекції. Потовиділення теж супроводжується обов'язковим розширенням шкірних судин, що живлять потові залози, та й сам піт виділяється за рахунок рідкої частини крові і плазми. Солі, що містяться в поті, забезпечують збереження нормального осмотичного тиску крові.
Всі терморегуляторные судинні рефлекси починаються в терминалях терморецепторів, які можуть бути чутливі до тепла або до охолодження; терморегуляторный центр є в довгастому мозку, але основним джерелом відцентрових терморегуляторних імпульсів вважають задню частину гіпоталамічного відділу головного мозку.
Протягом останніх років ряд фізіологів схиляється до того, що число терморецепторів, величезна, і навіть близько половини всіх нейронів є істинними терморецепторами. Однак нам видається більш вірогідним, що ці нейрони виконують і інші функції, в основному пов'язані з саморегуляцією кровообігу.
Завдяки точному взаємодії теплоутворення і тепловіддачі (під контролем терморецепции) температура ядра тіла підтримується досить стабільною.
В наших дослідженнях ми пропонували спортсменам навантаження стандартної потужності відповідно до маси їх м'язів при температурі в приміщенні 20 °С. Тривалість роботи до повного стомлення («Більше не можу!») визначала температуру «ядра тіла» - ми вимірювали її микротермистором на барабанної перетинки вуха, всіляко термоізольовані від повітря. Температура спокою тут була в середньому 37,4°, а коли вона досягала 38,7°, і роздавалось це «Більше не можу!». Під рукоятки керма велоергометра накопичувалися порядні калюжі поту. «Температура відмови» виявилася напрочуд постійній у великій групі випробуваних. В літературі зустрічаються і більш високі рівні робочого перегріву, але нам їх бачити не траплялося.
У тварин є й інші форми терморегуляції, наприклад взъерошивание шерсті або пір'я (пілоерекція). Існує «групова терморегуляція» - дитинчата або пташенята збиваються в купу, зберігаючи тепло. Головна відмінність людей в цьому відношенні - одяг. Притулку від холоду вміють будувати і багато тварин.
Звернемо ще раз увагу читача на мозковий температурний гомеостаз, який повинен підтримуватися всіма засобами, не відхиляючись від оптимуму більше ніж на градус-півтора. Марення хворого лихоманить - свідчення порушення мозкового гомеостазу, насамперед температурного.
Від температури «ядра» залежить дуже багато: мотивація, поведінка (наприклад, бажання грітися бігом), тонус м'язів, який впливає на їх теплопродукцію і зростає при охолодженні, і навпаки; сильне охолодження викликає м'язову тремтіння - спосіб збільшити виробництво теплової енергії в організмі.