Воздействие холода и терморегуляция

Человек поддерживает почти постоянную температуру тела, противодействуя потере тепла в холодной среде. При воздействии холода организм сначала сохраняет тепло, сужая кровеносные сосуды кожи, а затем генерирует тепло посредством дрожи; при повторном воздействии происходит частичная акклиматизация. В этой статье описывается терморегуляция в условиях холода и физиологические реакции на воздействие холодного воздуха и холодной воды.

Definition

Терморегуляция в условиях холода — это интегрированный комплекс автономных и поведенческих реакций — периферическая вазоконстрикция, дрожь и несократительный термогенез, а также поведение, направленное на сохранение тепла, — которые поддерживают температуру тела, когда потеря тепла в холодной среде угрожает превысить выработку тепла.

Scope

Статья охватывает тепловой баланс человека в условиях холода, автономные и поведенческие защитные механизмы против потери тепла (вазоконстрикция, дрожь и несократительный термогенез), особую опасность погружения в холодную воду и частичную акклиматизацию, которая следует за повторным воздействием холода. Это справочное описание физиологии, которое не содержит инструкций по выживанию, согреванию или лечению.

Core questions

• Как поддерживается тепловой баланс, когда окружающая среда отводит тепло быстрее, чем оно производится?
• Какова относительная роль вазоконстрикции, дрожи и несократительного термогенеза?
• Почему погружение в холодную воду гораздо опаснее, чем воздействие холодного воздуха?
• Какие изменения происходят при повторном воздействии холода и как они влияют на переносимость?

Key concepts

• Температура ядра и оболочки тела
• Периферическая вазоконстрикция и изоляция
• Дрожательный термогенез
• Недрожательный термогенез (бурая жировая ткань)
• Реакция холодового шока и погружение в холодную воду
• Гипотермия
• Холодовая акклиматизация (метаболический, изоляционный, гипотермический типы)

Mechanisms

Снижение температуры кожи и внутренних органов воспринимается терморецепторами, и гипоталамус запускает реакции, направленные на сохранение и выработку тепла. Кожная вазоконстрикция уменьшает кровоток к периферии, снижая кондуктивную потерю тепла и увеличивая изоляцию; если этого недостаточно, дрожь повышает метаболическую выработку тепла, дополняемую в некоторых обстоятельствах несократительным термогенезом (Castellani & Young, 2016). Холодная вода проводит тепло гораздо быстрее воздуха, поэтому погружение вызывает немедленную реакцию холодового шока — судорожный вдох, гипервентиляцию и тахикардию, — которая может быть смертельной до развития гипотермии, в то время как продолжительное погружение постепенно охлаждает внутренние органы (Tipton & Golden, 2003). Повторное воздействие холода вызывает частичную акклиматизацию, описываемую как метаболический, изоляционный или гипотермический тип в зависимости от того, что преобладает: термогенез, вазоконстрикция или допустимая более низкая температура тела (Castellani & Young, 2016; Parsons, 2014).

Clinical relevance

Физиология защиты от холода лежит в основе понимания гипотермии и опасностей погружения в холодную воду, а также служит основой для интерпретации физических нагрузок и работоспособности в холодных условиях. Эта статья объясняет механизмы и доказательную базу; распознавание, согревание и лечение гипотермии и холодовых травм являются клиническими вопросами, регулируемыми действующими рекомендациями, и выходят за рамки данной статьи.

Evidence & guidelines

Механизмы и акклиматизация обобщены в физиологическом обзоре (Castellani & Young, 2016), опасности погружения в холодную воду — в работах по физиологии погружения (Tipton & Golden, 2003), а более широкая область реакций человека на холодную среду — в справочных текстах (Parsons, 2014). Клиническое лечение гипотермии следует действующим рекомендациям, которые здесь не воспроизводятся.

History

Физиология холода у человека формировалась благодаря полярным исследованиям, морскому и военному опыту, а также лабораторным исследованиям воздействия холода на протяжении двадцатого века, которые установили последовательность вазоконстрикции и дрожи, выделили паттерны холодовой акклиматизации среди различных популяций и прояснили, почему внезапное погружение в холодную воду является уникально опасным.

Debates

Значение несократительного термогенеза у взрослых людей

Открытие активной бурой жировой ткани у взрослых возобновило дискуссию о том, насколько несократительный термогенез способствует защите от холода и может ли он быть активирован холодовой акклиматизацией, по сравнению с установленными ролями вазоконстрикции и дрожи.

Key figures

• John W. Castellani
• Andrew J. Young
• Michael J. Tipton

Seminal works

• castellani-young-2016
• tipton-2003

Frequently asked questions

Какова первая защита организма от холода?

Сужение кровеносных сосудов в коже, что уменьшает кровоток к поверхности тела и увеличивает изолирующую толщину более холодной оболочки, сохраняя тепло в ядре до того, как дрожь будет задействована для выработки дополнительного тепла.

Почему падение в холодную воду так быстро становится опасным?

Вода проводит тепло гораздо быстрее воздуха, и внезапное погружение вызывает реакцию холодового шока — непроизвольный судорожный вдох, учащенное дыхание и резкое увеличение частоты сердечных сокращений, — что может привести к утоплению или сердечным приступам в течение первых минут, прежде чем температура ядра тела снизится до гипотермического уровня.