Теплоотдача осуществляется следующими путями:
- теплоизлучением – радиационная теплоотдача,
- конвекцией – движением и перемешиванием воздуха вокруг поверхности тела,
- теплопроведением – отдачей тепла при соприкосновении,
- испарением.
Теплоотдача этими путями во многом определяется интенсивностью кровотока в сосудах кожи: при переходе, например, от холода к теплу теплоотдача с поверхности кожи увеличивается в десятки раз за счет расширения микрососудов кожи и возрастания скорости кровотока. Наибольшее значение для человека имеет испарение.
Соотношение теплопродукции и теплоотдачи, т.е. тепловой баланс, обеспечивается работой центра терморегуляции (совокупность терморегулирующих нейронов), который расположен в преоптической области гипоталамуса около дна III желудочка, хотя и другие отделы ЦНС, начиная с сегментарных центров спинного мозга и кончая корой большого мозга, участвуют в терморегуляции. Установлено, что термочувствительные нейроны («холодовые» и «тепловые») расположены преимущественно в предзрительном поле передней гипоталамической области, куда поступает информация от периферических (поверхностных и глубоких) терморецепторов. Эта зона обладает и непосредственной чувствительностью к температурным колебаниям. Роль задней гипоталамической области заключается в том, что здесь происходит интеграция температурной информации и формирование эффекторных стимулов, управляющих физической и химической терморегуляцией. Разрушение ее или всего гипоталамуса делает животных пойкилотермными. При разрушении передней гипоталамической области способность лихорадить через некоторое время восстанавливается.
Роль центра терморегуляции заключается в том, чтобы сохранять температурный гомеостаз, уравновешивая процессы теплопродукции и теплоотдачи. Это возможно благодаря тому, что центр терморегуляции работает как кибернетическое устройство в точно заданном режиме и колебания температуры (суточные) допускаются только в узких пределах от «установочной точки». Таким образом, организм теплокровных представляется как биологический термостат, температура которого целиком зависит от того, на какую точку поставлен терморегулятор, т.е. соответствующий центр мозга. Эта установочная точка может быть изменена в двух случаях: либо при чрезвычайном воздействии (перенагревание, гипотермия, замерзание, гипоксия), когда этот механизм полностью или частично выводиться из строя, либо при действии пирогенов, когда установочный механизм не разрушается, а изменяется так, что установочная точка перемещается на более высокий уровень.
На основании тонких электрофизиологических исследований этот механизм представляется следующим образом. В гипоталамическом центре терморегуляции имеются нейроны трех типов: чувствительные к теплу, чувствительные к холоду и «глухие» к колебаниям температуры. Допускают, что главную роль играют последние. Они генерируют сигналы стандартного характера, которые служат сигналом сравнения для термочувствительных нейронов. Если под влиянием пирогена меняется функция термочувствительных нейронов, то это приводит к изменению сигнала сравнения и, следовательно, точки температурного гомеостаза, который этот сигнал определяет.
Есть и другое объяснение формирования установочной температуры. Оно состоит в том, что установочная точка определяется первичным состоянием функций теплочувствительных и холодочувствительных нейронов. С помощью микроэлектронной техники было показано, что под влиянием пирогена активность холодочувствительных нейронов повышается, а теплочувствительных – снижается. В связи с этим понижается порог чувствительности центра терморегуляции к холоду и нормальная температура воспринимается, как пониженная. Тогда перекрываются пути отдачи тепла, температура тела повышается и на этом уровне остается некоторое время (на период лихорадки).
Кроме пирогенов в формировании лихорадочной реакции определенную роль играют и другие вещества, прежде всего гормоны. Сами гормоны лихорадки не вызывают, но, оказывая влияние на центр терморегуляции, они модулируют его работу, т.е. настраивают на иной лад, повышая или понижая его чувствительность к пирогенам. При тиреотоксикозе инфекционные заболевания обычно протекают с более высокой температурой. У лиц с пониженной функцией щитовидной железы или гипофиза сопутствующие инфекционные заболевания сопровождаются менее выраженной лихорадкой. При этом надо иметь в виду, что тироксин не только повышает чувствительность теплового центра к пирогенам, но и оказывают разобщающее действие на окисление и окислительное фосфорилирование в тканях. Гликокортикоиды (кортизол) тормозят развитие лихорадочной реакции вследствие того, что они ингибируют метаболические процессы в лейкоцитах, и в том числе образование в них пирогенов.
В процессе эволюционного развития лихорадочная реакция сложилась, прежде всего, как ответ на проникновение в организм микроорганизмов и их токсинов.
Лихорадка - это общая неспецифическая защитная реакция организма, возникающая при действии пирогенов, характеризуется повышением температуры тела вследствие перестройки центров терморегуляции на новый уровень функционирования.
Источники тепла в организме:
- первичная теплота (химическая теплопродукция);
- вторичная теплота;
- первичная теплота - то тепло, которое образуется в результате метаболизма.
Вторичная теплота - то тепло, которое образуется в результате работы органов и тканей. Важный источник тепла - работа скелетных мышц в виде произвольной мышечной деятельности, мышечной дрожи и терморегуляции мышечного тонуса (не сокращение мышц, а мелкие вибрации мышечной мембраны).
Механизмы теплоотдачи:
1 - прямой контакт;
2 - конверсия (через среду, через воздух). В отдаче тепла важен тонус сосудов кожи. Расширение сосудов способствует теплоотдаче.
3 - радиация (излучение тепла) - с поверхности тела идут электромагнитные волны инфракрасного диапазона.
4 - испарение со слизистых оболочек при дыхании (у человека не особенно важен), с участием потовых желез - самый эффективный путь теплоотдачи. Вода обладает высокой теплоемкостью. С одним метром пота выделения одна треть суточной продукции тепла организмом - 2400 кДж.
Пирогены - этиологические факторы лихорадки, вещества, вызывающие лихорадочную реакцию. Различают экзопирогены (попадают в организм извне) и эндопирогены (вырабатываются в организме). Экзопирогены различают инфекционной природы и неинфекционные. Инфекционные пирогены: липополисахариды оболочек бактерий - компонент бактериального эндотоксина. Термостабильные, не обладают видовой специфичностью, возможно развитие к ним толерантности. Слабой пирогенной активностью обладают бактериальные белки: стафилококковые, стрептококковые токсины. Слабой пирогенной активностью обладают вирусы, простейшие. Неинфекционные экзопирогены: лекарственные препараты, чужеродные белки. Эндопирогены вырабатываются в собственных клетках организма (нейтрофилах, моноцитах, макрофагах) под влиянием эндопирогенов. Эндопирогены - белки с молекулярной массой 1,5=40 тыс. Дальтон, они термолабильны, обладают видовой специфичностью, к ним не формируется толерантность. Эндопирогены образуются под влиянием лимфокинов - биологически активных веществ лимфоцитов. Стимулятором образования эндопирогенов является интерлейкин. Процесс образования эндопирогенов может быть индуцирован также другими веществами, в том числе гормонами
Этапы развития лихорадки.
1 – Первичные пирогены – попадают в организм вместе с возбудителем, образуются в собственных тканях организма.
2 – Синтез лейкоцитарных (вторичных) пирогенов - ЛП, нейтрофильные гранулоциты, макрофагоциты.
3 – Проникновение ЛП через кровь и спинномозговую жидкость в мозг.
4 – Действие на нейроны передней гипоталамической области.
5 – Перестройка центра терморегуляции, ограничение теплоотдачи и увеличение теплопродукции.
6 – Повышение температуры тела до новой установочной точки, на которой продолжается поддержание температурного гомеостаза.
Стадии лихорадки
Лихорадочный процесс всегда протекает в три стадии:
I стадия (st. incrementi) - стадия повышения температуры.
II стадия (st. fastigii) - стадия снижения температуры.
III стадия (st. decrementi) - стадия снижения температуры.
Стадия повышения температуры.
Подъем температуры в этой стадии отражает перестройку терморегуляции: уменьшается теплоотдача, увеличивается теплопродукция. Теплоотдача уменьшается в результате сужения периферических сосудов и уменьшения притока теплой крови к тканям, торможения потоотделения и снижения испарения, сокращения мышц волосяных луковиц ("гусиная кожа"). Увеличение теплопродукции достигается за счет активизации обмена веществ в мышцах на фоне повышенного тонуса мышц и мышечной дрожи. Мышечная дрожь связана со спазмом периферических сосудов, уменьшение притока крови приводит к снижению температуры кожи на несколько градусов. Терморецепторы возбуждаются, возникает ощущение голода - озноб. В ответ на это центр терморегуляции посылает эфферентные импульсы к двигательным нейронам - возникает дрожь. Одновременно увеличивается образование тепла в органах (печень, легкие, мозг) в результате трофического действия нервов на ткань, когда активируются ферменты, увеличивается потребление кислорода и выработка тепла. Влияние гуморального фактора в разбалансировании теплового гемостаза: в гипоталамусе вырабатывается тиреотропипрелизит - фактор, который стимулирует образование в гипофизе тиреотропного гормона и выработку серотонина щитовидной железой. В результате усиливается обмен веществ, возникает набухание митохондрий и разобщение дыхания и фосфорилирования - увеличивается теплопродукции.