Мобилизация организма. На что способно наше тело в экстремальных условиях - Ханнс-Кристиан Гунга

в организме тепла отдается в окружающую среду в форме инфракрасного излучения. Остальное тепло отдается телом приблизительно в равных долях за счет теплопередачи, конвекции и испарения пота. Потеря тепла за счет излучения зависит от величины температуры поверхности расположенных рядом предметов и стен относительно температуры поверхности тела. При прохладной температуре воздуха и при низкой температуре окон ширмы или занавески, поверхностная температура которых соответствует средней температуре в помещении, значительно снижают потери тепла организмом за счет излучения. Незащищенное воздействие на тело существенно более холодных предметов ведет к тому, что падает местная температура кожи, активируются ее холодовые рецепторы и происходит сужение кровеносных сосудов. Пораженные холодом участки кожи и подлежащие мышцы продолжают остывать. За этим следуют судорожное напряжение мышц, нарастающее ощущение холода и озноб. Впрочем, предметы с более высокой температурой за счет излучения вызывают ощущение тепла. Этот эффект используют для прогревания уха инфракрасной лампой при среднем отите или для согревания воздуха в доме с помощью инфракрасного излучателя на балконе.

Под испарением в узком смысле понимают физическое испарение телесной жидкости, иначе говоря, пота. При этом организм избавляется от определенного количества тепла, так как для перехода веществ из жидкого в газообразное состояние, то есть в данном случае в водяной пар, требуется энергия; в физике подобные процессы называются эндотермическими. Наряду с активной потерей воды через потовые железы (экзокринные железы) существует и пассивная, «незаметная или неощущаемая» потеря воды через кожу за счет диффузии. Эта потеря тепла происходит, потому что организм постоянно и непрерывно, путем диффузии, теряет воду через кожу и слизистые оболочки дыхательных путей – это не зависит от величины потерь воды через потовые железы. При тяжелой физической работе или при внешнем тепловом воздействии (например, в сауне) испарение становится основным механизмом отвода тепла. Решающим фактором адекватного функционирования этого механизма, помимо достаточного потребления жидкости, становится то, что давление водяного пара, создаваемое потовыми железами, выше, чем в окружающей среде. Чем выше давление пара снаружи (душное помещение, тропики), тем труднее отдавать воду за счет испарения. Если же относительная влажность воздуха низкая (в сухом пустынном климате), то человек может в течение непродолжительного времени переносить чрезвычайно высокую температуру воздуха и поступление тепла извне, так как очень велик градиент давления водяного пара между кожей и окружающей средой.

Для обеспечения испарения воды человек располагает в среднем 2 млн потовых желез, хотя и здесь есть существенные различия: у айнов, автохтонного населения Японии, только 1,5 млн потовых желез, а у женственных белых дам Северной Америки – около 3 млн. Плотность расположения потовых желез на поверхности кожи также значительно варьируется: от 55 на см2 кожи спины до 751 на см2 подмышечной впадины. При нейтральной температуре окружающей среды около 27 °C температура кожи у легко одетого человека составляет 32–33 °C. Если температура повышается до 34° (всего на один градус!), то активируются потовые железы. При длительном пребывании в тропиках, где суточная потеря воды с потом у взрослого человека достигает 7–10 л, необходим дополнительный прием электролитов и таких микроэлементов, как цинк, железо и фосфор, которые теряются с потом. Это еще в большей степени касается бегунов, ультрамарафонцев, о которых мы говорили в предыдущих главах. Если на экстремальные нагрузки накладываются еще и экстремальные условия окружающей среды, как, например, на соревнованиях «Айронмен» на Гавайях или на франкфуртском марафоне 2015 года, то к организму участников предъявляются особенно высокие требования; в частности к таким системам, как автономная нервная система, состоящая из симпатического и парасимпатического отделов, а также контролирующего их гипоталамуса. Именно автономная нервная система отвечает за поддержание водно-солевого баланса, энергетического обмена и терморегуляцию.

Но как все это работает? Где сенсоры этой системы? Что они регулируют и каким образом? Где находятся регуляторные центры организма? Эти важные вопросы мы сейчас проясним, чтобы понять, что происходит в экстремальных условиях. Центр управления температурой тела располагается в гипоталамусе. Эволюционно это очень древний отдел головного мозга, и, кроме того, он входит в состав лимбической системы. В отличие от большого мозга с его когнитивными функциями, гипоталамус – центр автономной нервной системы; он управляет основным эмоциональным состоянием и контролирует такие естественные потребности, как голод, жажду, половое поведение и температуру тела. Задача всей этой системы заключается в том, чтобы поддерживать температуру тела в очень узком диапазоне. Если этот контролирующий центр выйдет из строя, то весь организм окажется в непосредственной смертельной опасности. Он должен надежно обеспечивать поддержание равновесия между реальным поступлением тепла в организм извне и изнутри в результате протекания процессов обмена веществ, с одной стороны, и отдачей тепла вовне – с другой. Только при условии этого равновесия может быть гарантировано постоянство температуры тела и обеспечена полноценная работа других важных систем, например сердечно-сосудистой. Мы редко осознанно ощущаем, как функционируют эти механизмы, так как всю незаметную, но важнейшую работу по контролю деятельности органов берет на себя гипоталамус. Примечательно, что человек, в отличие от других животных, может игнорировать возможности этих контролирующих и страховочных систем терморегуляции, руководствуясь определенными мотивациями, религиозными (паломничество в Саудовскую Аравию) побуждениями или стремлением участвовать в соревнованиях, что порой заканчивается смертью. В животном царстве мы, наоборот, наблюдаем, что организмы доходят до температурных ограничений, а если переступают их на короткое время, то не допускают дальнейших термических нагрузок, чтобы избежать перегревания тела.

Для того чтобы понять, какие меры безопасности необходимы в случаях, когда люди осознанно сверх меры нагружают автономную нервную систему, надо понять, как в принципе работает система терморегуляции. Поэтому вернемся в область нормальной физиологии. Очень упрощенно можно представить эту систему как технический контур регулирования, состоящий из различных элементов, которые известны нам по домашним системам отопления. Температура тела, интегральная величина, которая складывается из температур разных участков тела, – регулируемый параметр. Если провести аналогию с системой отопления дома, то можно сказать, что это напоминает температурные датчики в разных комнатах. Нервная система человека располагает такими сенсорами для регистрации истинной температуры тела. Сведения о температурах внутренних областей и покровов тела собираются, суммируются и сравниваются с должной температурой, равной 37 °C, в гипоталамусе. В системе отопления должная величина задается в виде референтного сигнала, включенного в регулирующий контур. По аналогии считается, что в гипоталамусе есть специальные нейроны, которые порождают этот сигнал независимо от реальной температуры. В случае расхождения реальной и необходимой величины, по автономной нервной системе, по эфферентным волокнам направляются соответствующие управляющие импульсы к определенным функциональным единицам, прежде всего – к мышцам и кожным кровеносным сосудам. Если реальная температура выше, чем нужно, то подавляется деятельность всех механизмов, способных повышать температуру тела, например образование тепла за счет мышечной активности.