Глава 11. Терморегуляция, сон, лень, свобода, удовольствие от движений

Терморегуляция

Продолжая тему гомеостаза, хотелось бы коснуться вопроса терморегуляции. Homo sapiens – теплокровные млекопитающие. Это означает, что существует оптимальная температура тела, всем известный «эталон» в 36,6°C, на функционирование при котором настроен весь наш организм.

Нервная структура, отвечающая за терморегуляцию, – это гипоталамус. В его передней части (так называемая преоптическая область, недалеко от которой в промежуточный мозг входит зрительный нерв) находятся нейроны-терморецепторы, неустанно измеряющие температуру крови (рис. 11.1). Иными словами, для управления температурой тела наиболее значимы характеристики крови, протекающей через мозг. Руки замерзли без перчаток, дует обжигающий ветер, наступили в холодную лужу – это все не так значимо. А вот если мозг остывает (или в нем стало слишком горячо) – на это необходимо оперативно реагировать. В гипоталамус, конечно, поступают сигналы и от терморецепторов кожи («датчиков» тепла и холода), но эта информация играет вспомогательную роль. Терморецепторы гипоталамуса и связанные с ними нейронные дуги врожденно знают, что в мозге должно быть именно 36,6°C. Если температура поднимается или падает, гипоталамус с помощью прежде всего вегетативной нервной системы способен возвращать организм к ее оптимальному значению.

Когда кровь становится слишком горячей, нужно сбросить лишнее тепло. Основной механизм, который при этом используется, – расширение сосудов кожи. Сигнал, вызывающий такое расширение, подразумевает в основном торможение части нейронов симпатической системы. Поверхность нашего тела разогревается, а порой и вполне отчетливо краснеет из-за увеличения притока крови, и тепло улетучивается в окружающее пространство. Если такой реакции не хватает, пора включать второй механизм охлаждения – потоотделение. Генерируется специальный симпатический сигнал, воздействующий на потовые железы. Получается, что в ситуации перегрева часть симпатики поддерживается (расширение сосудов), а часть – активируется (запуск потовых желез).

Рис. 11.1. Основные события и факторы, определяющие терморегуляцию организма человека. Черной стрелкой отмечено повышающее температуру влияние на гипоталамус молекул, которые образуются в ходе воспалительных реакций. Стрелками показано действие жаропонижающих препаратов, блокирующих образование простагландинов

Выделяющийся пот – это прежде всего охлаждающая жидкость, она испаряется с поверхности кожи, и мы остываем. И наконец, если стало совсем уж тяжело, сигнал от гипоталамуса: «Жарко, жарко, как в адском котле! Сейчас сваримся!» достигает коры больших полушарий, и человек что-то делает: снимает свитер, прячется в тень или включает кондиционер. То есть когда перегрев осознается, мы на поведенческом уровне помогаем гипоталамусу, запуская те или иные последовательности движений, которые, как правило, являются результатом нашего обучения. Но в стандартных, простых ситуациях факт перегрева необязательно достигает сознания, и гипоталамус сам прекрасно справляется с отклонениями температуры тела в несколько десятых долей градуса.

Примерно такая же история – с охлаждением. Если кровь стала холоднее, чем 36,6°С, буквально на 0,1–0,2 градуса, гипоталамус запускает сужение сосудов кожи, что снижает теплоотдачу с поверхности тела. Это очевидно симпатическая реакция, и все мы прекрасно знаем, что не только на холоде, но и просто в прохладном помещении у нас постепенно начинают мерзнуть руки, ноги, нос, уши. Получается, что эти мелочи – вполне предопределенная гомеостатическими нейронными контурами рефлекторная реакция, и главное, чтобы гипоталамус не остыл.

Следующий уровень регуляции температуры при охлаждении – включение дрожи и реакции, для описания которой используется термин «пилоэрекция».

Мы дрожим, если начинают непроизвольно сокращаться мышцы, а когда это происходит, мышечные клетки вырабатывают довольно много тепла. Получается, что целенаправленного движения нет, но идет генерация тепловой энергии. Можно на сознательном уровне и не доводить организм до дрожи, а, когда стало холодно, 20–30 раз присесть или 10–15 раз отжаться – и этим прекрасно помочь своему организму.

Реакция пилоэрекции – это попытка поднять несуществующую шерсть. Мурашки, которые появляются на коже, – результат сокращения мелких мышц дермы, то есть реакция, которая млекопитающим, покрытым шерстью, и птицам, обладателям перьев, на холоде очень полезна. Потому что чем толще слой шерсти или перьев, тем лучше термоизоляция. Распушившиеся на морозе воробей или кот гораздо меньше теряют тепла, а у белого медведя или полярной совы эффективность термоизоляции вообще приближается к характеристикам космического скафандра. У нас, вышедших из жаркой Африки Homo sapiens, серьезной шерсти давно нет, однако пилоэрекция сохранилась в качестве рудимента. Видно, что волоски на коже встают дыбом, но тепла от этого вряд ли можно ждать. Что ж, вместо этого придется накинуть еще одну кофту.

Кроме мурашек, на холоде человек часто синеет: из-за спазма сосудов в коже замедляется кровоток, и кровь становится более венозной, теряет кислород, темнеет. Посинение, мурашки и цоканье зубами – явные знаки того, что организму холодно. Когда в детстве мы наконец-то выходили из моря или речки, отреагировав на родительские вопли «Хватит уже, сколько можно купаться! Все губы синие!» – наши мамы и папы по этим реакциям прекрасно видели, что ребенка надо скорее кутать в полотенце и отогревать. Взрослый человек обычно себя до такого состояния не доводит. Мы осознаем: «Что-то стало холодновато…» – и выходим из реки, или надеваем свитер, или включаем отопление. Родители, бабушки и дедушки тратят довольно много сил, чтобы научить детей обращать внимание на слабые сигналы гипоталамуса о переохлаждении или перегреве. Забота о том, чтобы ребенок, выходя на мороз, не забыл надеть варежки, шарф и шапку, прописана в родительских программах, потому что здоровье детеныша – прежде всего.

Система терморецепторов чувствительна к так называемым простагландинам. Это особая группа химических соединений, возникающих при воспалительных реакциях. Когда в организме в каком-то месте случается воспаление, то из мембран поврежденных клеток синтезируются эти самые простагландины. Это признак, например, вирусной или бактериальной атаки. Простагландины (наряду с цитокинами – пептидными молекулами, сигналами иммунной системы) мобилизуют организм для борьбы с инфекцией: «Нештатная ситуация, всем приготовиться!».

Мы много раз упоминали нейромедиаторы – вещества, с помощью которых передает информацию нервная система; периодически разбирались с гормонами – соединениями, обеспечивающими эндокринную регуляцию. Цитокины – третья обширная группа управляющих молекул. Их для передачи сигналов используют иммунные клетки, а иногда и другие группы клеток, участвующие в процессах воспаления, реакциях на инфекцию, травму и др. И цитокиновые сигналы не менее важны, чем гормональные или нейромедиаторные.

Итак, простагландины – это молекулы, влияющие на центр терморегуляции. Таким же действием обладают и некоторые цитокины, которые выделяются в очагах воспаления. Весь этот набор веществ вызывает синтез собственных простагландинов переднего гипоталамуса. Под влиянием простагландинов преоптической области начинает казаться, что температура крови упала, человеку субъективно становится холодно, запускается сжатие сосудов, могут появиться дрожь и мурашки. Развивается повышение температуры тела на один-два и более градусов, а то и лихорадочное состояние, характерное для тяжелых инфекционных болезней. Зачем?

Подъем температуры тела всего на один градус почти в два раза активирует иммунную систему. При повышении до 38,5°C наши фагоциты и лимфоциты становятся активнее в три-четыре раза.

До 38–39°С поднимать температуру биологически целесообразно. Но при этом желательно, чтобы больной не бегал по делам («ну в магазин-то надо сходить»), не работал («обещал к вечеру отчет сдать»), а тихо лежал дома в кровати и позволял иммунной системе бороться с инфекцией. Когда тело нагревается выше 39°С – это уже достаточно опасно. Для такого случая есть жаропонижающие препараты (см. рис. 11.1). К этим соединениям относятся всем известные аспирин, анальгин, парацетамол. Основной механизм их действия – блокада образования простагландинов как в очагах воспаления, так и в переднем гипоталамусе. Кстати, простагландины – еще и один из факторов генерации болевых ощущений. Следовательно, все жаропонижающие лекарства обладают еще и обезболивающими (анальгетическими) свойствами.

Получается не очень приятная ситуация, связанная с тем, что мы живем в мире, где болеть не рекомендуется. Часто по телевизору идет реклама: «Болеть нет времени!». Смысл ее примерно таков: температура поднялась – выпей наш чудодейственный препарат и иди дальше работать. Да и начальство не особо приветствует наши ОРВИ и ОРЗ.

Важно знать, что когда мы используем жаропонижающие препараты при небольшом подъеме температуры, мы мешаем собственной иммунной системе.

Да, многим людям болеть действительно некогда. Однако увлекающийся противовоспалительными и анальгетическими препаратами человек все время рискует помешать спокойному и планомерному восстановлению собственного здоровья. Этим он может даже способствовать постепенному усилению инфекционного процесса. Часто жаропонижающее используется тогда, когда этого еще не стоит делать. Поднялась температура до 37,3°С – и вот мы уже бежим заваривать «Терафлю». Но гораздо правильнее тренировать гипоталамическую систему, чтобы она мощно, четко, быстро реагировала на изменения температуры крови. Преоптическая область поддается «дрессуре» в значительной степени в обход нашего сознания. Лучший способ – знакомые нам всем с детства закаливающие процедуры. При закаливании передний гипоталамус и подчиняющиеся ему симпатические центры учатся оперативно менять температуру тела, активнее реагируя на скачки температуры окружающей среды, сигналы от поверхности кожи. И когда потом в реальной жизни вы попадаете на мороз или в промозглую осеннюю сырость, ваши гомеостатические контуры работают более эффективно и надежно.

Но в целом стоит, конечно, пожаловаться на систему терморегуляции в «высшие эволюционные инстанции», потому что она у человека довольно несовершенна. По сравнению с большинством других млекопитающих у обезьян используются весьма примитивные механизмы. Вариант охлаждения при помощи потовых желез считается очень расточительным с точки зрения потерь воды и солей. Их же потом еще нужно восполнять. У большинства других плацентарных терморегуляция работает более экономно. Чаще всего – только за счет кровеносных сосудов, которые расширяются и отдают избыток тепла. Чтобы этот процесс шел эффективно, эволюция создала специальные органы, где особенно много сосудов, – что-то вроде радиатора на задней стенке холодильника. Например, когда африканский слон в жару машет ушами, он не себя обмахивает, будто веером, а именно уши, поскольку в них – мощное скопление кровеносных сосудов. У зайца и у кролика большие уши служат той же цели. А где у крысы аналогичное скопление сосудов? Правильно – в хвосте, и потому у этих грызунов хвост голый – неспроста. Собачий вариант терморегуляции – тоже испарение жидкости, но не с поверхности тела, а с языка и дыхательных путей. Так не теряются соли плюс выдыхаемая смесь воздуха и водяных паров очень горячая – то есть к «радиатору холодильника» приладили еще и «вентилятор». Вам когда-нибудь собака дышала в коленку, сидя под столом и попрошайничая? Ощущение, будто сидишь у печки. Птицы и вовсе по определению горячее млекопитающих, и, кроме того, они рискуют быстро перегреться во время полета. В сходном процессе сброса тепла через выдыхаемый воздух важнейшую роль играют особые воздушные мешки, расположенные между всеми внутренними органами и даже заходящие в кости.