Человек и жара: физиологическая адаптация человеческого организма к высоким температурам
Температура тела, превышающая 43°С, является для человека смертельной. Изменения свойств белков и необратимые повреждения клеток начинаются уже при 41°С, а воздействие температуры выше 50 °С в течение нескольких минут приводит к гибели всех клеток. Как же люди выживают после саун, где температура зашкаливает за 100°С, или в жарком климате, когда палящие лучи солнца доводят температуру окружающей среды до 60°С?
Что такое температура тела?
Так называемая температура тела — это температура глубинных тканей организма. Обычно она составляет 37°С, отклоняясь в течение суток примерно на полградуса — наивысшая вечером, самая низкая перед рассветом. У женщин на внутреннюю температуру влияет менструальный цикл: перед овуляцией она повышается и держится с 15-го по 25-й день в течение 28-дневного цикла. Температура поверхности тела может значительно отличаться от внутренней.
У обнаженного человека в холодной комнате температура кожи может понизиться до 20°С. И наоборот, после интенсивной физической нагрузки температура в натруженных мышцах возрастет до 41°С, хотя внутренняя — повысится всего на 1–2 градуса. Снижение температуры тела называют гипотермией, а повышение — гипертермией. При температуре выше 42°С наступает смерть от теплового удара.
Тепловой удар
Тепловой удар случается, когда внутренняя температура переходит границу 41°С и нарушается система терморегуляции организма. Первые тревожные признаки — пылающее лицо, горячая сухая кожа, головная боль, головокружение, упадок сил и повышенная раздражительность. Далее наступают спутанность сознания и нарушение координации. Если температура продолжает 
повышаться, а потоотделение прекращается, то после 42 °С может наступить смерть. Без неотложной медицинской помощи человек умирает прежде всего от повреждений головного мозга, вызванных высокой температурой. Но даже среди получивших своевременную помощь смертность составляет 30%.
Лучший способ обеспечить охлаждение пострадавшего — обмыть его теплой водой. Испарительное охлаждение снизит поверхностную температуру эффективнее, чем погружение в холодную ванну, которая вызовет общее сокращение сосудов и отток крови от поверхности кожи, препятствуя теплоотдаче. В самых крайних случаях можно прикладывать лед в места неглубокого расположения крупных кровеносных сосудов — на шее, под мышками и в паху.
Центральный термостат
Наш мозг особенно чувствителен к жаре, и когда внутренняя температура превышает допустимый предел, он погибает первым. Главный регулятор температуры находится в гипоталамусе. В норме термостат гипоталамуса человека установлен на 37°С, однако при лихорадке он может переключиться на 2–3 градуса выше и температура с той же чувствительностью будет регулироваться по новой отметке. Сигналы от тепловых и холодовых датчиков кожи вызывают местную реакцию. Первая группа рецепторов реагирует на жару, вызывая болевые реакции, вторая — на температуру от 13 до 35 °С, а наибольшая чувствительность этих рецепторов наблюдается при 28 °С.
Рецепторы посылают сигналы в мозг, где на основе информации, сопоставленной с данными центральных терморецепторов в гипоталамусе, регулируется общая теплопродукция и теплопотеря организма. Поверхность кожи охлаждается до температуры значительно ниже окружающего воздуха за счет потоотделения, которым управляет гормон адреналин, выбрасывающийся в кровь при повышении температуры тела. В организме человека существует около 3 млн потовых желез, половина из которых расположена на груди и на спине, а также значительное количество на лбу и ладонях.
Читайте также: Человек и холод
Главный терморегуляционный орган
Основную роль в терморегуляции играет кожа. Тепло, вырабатываемое мышцами и внутренними органами, переносится с помощью крови к кожным покровам. Здесь отдача тепла в окружающую среду регулируется путем варьирования объема крови, протекающего через сеть тонких кровеносных сосудов, подходящих близко к наружному слою. При повышении температуры тела эти сосуды расширяются и кровь поступает ближе к поверхности, увеличивая теплоотдачу.
Теплоотдача через кожу осуществляется в ходе четырех процессов — излучения, теплопроводности, конвекции и потоотделения. В покое при неподвижном воздухе 60% теплоотдачи приходится на излучение, а на конвекцию и теплопроводность остается лишь по 20% (больше, чем при ветре). Пока температура кожи не поднимается выше внутренней, излучения, конвекции и теплопроводности для охлаждения достаточно. Они позволяют поддерживать стабильную внутреннюю температуру при температуре неподвижного воздуха ниже 32°С.
Потери жидкости и соли
Когда температура воздуха превышает температуру тела, единственным способом отдать тепло остается потоотделение. На испарение 1 мл воды с поверхности кожи необходимо около 2400 кал. Бóльшая часть этого тепла выделяется самим телом, поэтому потоотделение охлаждает кожу. Соответственно охлаждается кровь, протекающая через кожные покровы, и, перемещаясь в процессе кровообращения к более теплым внутренним органам, помогает снизить температуру тела.
Потоотделение может увеличить отдачу тепла почти в 20 раз, но при этом происходит значительная потеря жидкости (около 3 л/ч). Разумеется, такое интенсивное потоотделение не может длиться долго, поэтому человек, работающий на жаре, теряет за день около 10–12 л воды. А вместе с потом из организма уходит и соль. В жарком климате ее потери могут составить до 12 г в день, т.е. 3 чайные ложки соли. Нехватка соли в сочетании с большой физической нагрузкой приводит к болезненным мышечным спазмам рук и ног. При низкой физической активности недостаток соли ощущается в виде вялости, сонливости, головной боли и тошноты. В таких условиях единственный выход — потреблять больше соли.
Жители пустыни для пополнения запасов соли в организме едят соленый верблюжий сыр, высушенный в виде круглых «конфет– драже». В менее экстремальных условиях может помочь и минеральная вода, содержащая достаточное количество солей. При обильном потоотделении, связанном с тепловой или физической нагрузкой, иногда назначают препараты электролитов с углеводами , которые сохраняют и восстанавливает водно-щелочной баланс. Кроме того, эти средства пригодятся при распространенных желудочно-кишечных отравлениях. Рвота и диарея чревата потерей электролитов, а инфекционные заболевания могут нарушить рH крови, поэтому такой препарат всегда должен быть под рукой в летнее время
Сухая и влажная жара
В сухом воздухе пустыни пот может испаряться настолько быстро, что кожа кажется сухой. Даже если вы не ощущаете жары, испарительное охлаждение все равно будет происходить со скоростью 0,8 л воды в день. Люди могут вполне комфортно переносить высокие температуры при условии достаточной сухости воздуха. Если влажность окажется выше 75%, пот будет струиться по коже не испаряясь. В таких условиях испарение приводит только к обезвоживанию и охлаждающий эффект теряется. Именно поэтому нам так тяжело переносить «влажную» жару.
Впервые попадая в тропики, человек обычно очень слабеет. Однако где-то через неделю происходит акклиматизация за счет значительного увеличения объема потоотделения с одновременным обессоливанием выделяемого пота.
Читайте также: Человек и высота
Пределы термостойкости
Несмотря на то, что при нагревании выше 50°С на протяжении нескольких минут клетки млекопитающих гибнут, непродолжительное время человек способен выдерживать и более высокую температуру. Большинству людей сложно переносить температуру 50°С при повышенной влажности, однако в сухой 90-градусной жаре человеку некоторое время вполне комфортно. Спасает все то же потоотделение.
Сухой воздух температурой до 127°С можно выдержать до 20 мин, а для некоторых даже это не предел. Температура в бане всегда ниже, чем в сауне, хотя обе воспринимаются одинаково горячими. Однако подобная выносливость не бесконечна. Клетки мозга крайне чувствительны к жару, их предел — 42°С, поэтому повышение температуры тела всего на несколько градусов оказывает огромное влияние на работу мозга.
Следует обратить внимание, что потоотделение никак не влияет на теплоотдачу, если тело погружено в воду. Слишком долгое пребывание в глубокой ванне, где вода значительно горячее тела, может быть смертельно опасно.
Охлаждение ветром
На открытом воздухе встречный ветер, создаваемый стремительным движением вперед, быстро сгоняет слой воздуха, соприкасающийся с кожей, значительно усиливая испарительное охлаждение. Когда велосипедист или бегун резко перестает бежать или крутить педали, внезапный спад испарительного охлаждения может вызвать тепловой удар.
Резкое исчезновение воздушного потока, омывающего тело, настолько уменьшает отдачу тепла, что температура тела сразу же повышается. Поэтому нельзя сразу останавливаться, а желательно постепенно замедлять движение. Во время тренировки в спортивном зале на тренажерах подобной конвекции не происходит, поэтому теплоотдача значительно уменьшается и спортсмен быстро устает.
Правила выживания в жарком климате
Все живые существа стараются уменьшить воздействие жары, снижая активность и укрываясь в тени. Уменьшается потребление пищи, поскольку при метаболизме вырабатывается тепло и повышается тяга к продуктам, содержащим много жидкости — мороженое, фрукты, огурцы и всевозможные напитки — вот самая популярная диета в жару. Основным условием для выживания в жарком климате является вода.
Мышечная активность тоже приводит к выработке тепла, поэтому люди стараются поменьше двигаться. Примечательно, что при большой физической нагрузке слабость от нехватки влаги не обязательно сопровождается неутолимой жаждой. Поэтому при активной деятельности на жаре необходимо пить воду, даже не чувствуя жажды. Если запас воды ограничен, лучше уменьшить нагрузку и посидеть в тени.
К жаркому климату человек приспосабливает манеру одеваться и конструкцию жилища. В пустыне аборигены закутываются с головы до ног в несколько слоев свободно драпирующейся одежды. Такая одежда отлично защищает от палящих лучей, создавая изоляционный слой и овевая вспотевшую кожу прохладой.
Татьяна Кривомаз, канд. биол. наук
По материалам книги профессора физиологии Оксфордского университета Френсис Эшкрофт «На грани возможного: наука выживания»
“Фармацевт Практик” #7-8′ 2015
