Тепло или холодно?

Природа наших ощущений

С этими терминами у нас связаны совершенно конкретные ощущения. Практически, не сомневаясь, любой из нас может дать вполне однозначную оценку - тепло ли ему или холодно. Но вместе с тем не нужно особой наблюдательности, чтобы заметить, что эта оценка очень субъективна. Одни и те же температурные условия различными людьми оцениваются по-разному. Даже один и тот же человек, но в различные моменты времени иной раз дает неодинаковую оценку одним и тем же условиям температуры внешней среды.

Поскольку наш организм представляет собой замечательный термостат, то есть удерживает свою температуру в очень ограниченных рамках, то именно в целях поддержания этого постоянства должны меняться процессы теплопродукции и теплоотдачи в зависимости от температуры окружающей среды и других условий, влияющих на состояние теплового баланса. И надо заметить, что эти термостатические механизмы работают великолепно. Не без помощи, конечно, технических приспособлений (одежда и некоторые другие), но температура тела сохраняется постоянной (+35...+37 градусов Цельсия) при колебаниях температуры внешней среды в диапазоне более 100 градусов по шкале Цельсия. Понятно, что такая совершенная регуляция постоянства температуры тела возможна только при способности очень тонко улавливать колебания температуры окружающей среды.

Эта способность, то есть способность воспринимать параметры тепловой обстановки, сформировать соответствующие субъективные ощущения и терморегуляционные реакции, осуществляется благодаря очень хорошо развитой тонкой температурной чувствительности.

Температурную сенсорную систему обычно рассматривают как часть кожного анализатора, и для того имеются достаточные основания. Во-первых, рецепторы этой афферентной системы расположены в коже. Во-вторых, они, как показывают многие исследования, не могут быть отделены от рецепторов тактильных. И в-третьих, проводящие пути и центры тактильной и температурной чувствительности также значительно совпадают. Однако это совсем не означает, что имеется сходство и в ощущениях. Совсем нет, тактильная и температурная чувствительность совершенно четко различаются субъективно, равно как и по некоторым объективным показателям - условно-рефлекторному и электрофизиологическому.

Еще в конце прошлого века было очень убедительно показано существование в коже участков, избирательно чувствительных к действию тепла и холода. Расположены они очень неравномерно. Больше всего их на лице, особенно на губах и веках. И эта особенность локализации присуща не только человеку, но и очень многим животным, распространяясь также в определенной степени и на тактильную чувствительность. Ученые полагают, что высокую чувствительность кожных рецепторов в лицевой части головы следует поставить в связь с общим филогенетическим ходом развития головного конца тела и соответствующих нервно-рефлекторных аппаратов.

Специальными исследованиями найдено, что общее число точек холода на всей поверхности тела около 250 тысяч, а тепла только 30 тысяч. Не так легко установить, какими рецепторами воспринимаются температурные раздражители, ведь в коже много чувствительных элементов, раздражение которых приводит к ощущениям прикосновения, давления и даже боли. Изучение времени реакции на тепловые и холодовые воздействия и сравнение полученных данных с теплопроводностью кожи позволило прийти к заключению, что тепловые рецепторы залегают на глубине около 0,3 миллиметра, а холодовые - 0,17 миллиметра. Эти рассчитанные величины оказались в очень хорошем соответствии со средней глубиной расположения нервных окончаний типа телец Руффини и концевых колб Краузе. Вот поэтому широко распространено мнение, что именно они и являются температурными рецепторами. Притом показано, что раздражение телец Руффини приводит к ощущению тепла, а колб Краузе - холода. Вместе с тем найдено, что к температурному воздействию оказались чувствительны и участки кожи, в которых находились только свободные нервные окончания.

Более четкими являются факты, полученные при электрофизиологическом исследовании нервных волокон, несущих афферентную импульсацию от температурных рецепторов. И по характеру этой импульсации можно опосредованно судить о свойствах рецепторов. В частности, оказалось, что в состоянии температурного равновесия, то есть при стабильной температуре, терморецепторы посылают свои разряды с некоторой постоянной частотой, зависящей от абсолютной температуры. При этом с тепловыми ощущениями связаны волокна, реагирующие на изменения температур в диапазоне от +20 до +50 градусов Цельсия. Максимальная частота импульсации наблюдается у них при +38...+43 градусов Цельсия. Холодовые волокна "работают" при температуре +10...+41 градусов Цельсия с максимумом при +15...+34 градусов.

Необходимо заметить, что как холодовые, так и тепловые рецепторные структуры адаптируются очень слабо. Это означает, что при длительном действии постоянной температуры, а точнее говоря, при неизменной температуре самих рецепторов, сохраняется неизменной частота посылаемых ими импульсов. Вполне удается даже обнаружить функциональную зависимость между этими двумя показателями - температурой и импульсацией. Отсюда следует очень важное для понимания физиологии терморегуляции положение - тепловые и холодовые рецепторы являются датчиками абсолютной температуры, а не ее относительных изменений. Однако каждый хорошо знает, что если судить по нашим ощущениям, то мы гораздо лучше воспринимаем как раз относительные изменения температуры. И это свидетельствует о более сложных нейрофизиологических механизмах ощущения по сравнению с рецепторным актом.

Термические ощущения человека охватывают всю гамму оттенков от нейтральной зоны через "слегка прохладно" до "холодно" и "нестерпимо холодно". И в другую сторону - через "тепловато", "тепло" до "горячо" или "жарко". При этом крайние как холодовые, так и тепловые ощущения без резкой границы переходят в ощущение боли.

Основой для формирования ощущений, естественно, являются параметры афферентной импульсации, приходящей в центральную нервную систему от тепловых и холодовых рецепторов. В общем виде эту зависимость можно представить таким образом, что усиление импульсации от тепловых рецепторов и ослабление от холодовых дает ощущение тепла, а усиление импульсации по холодовым и ослабление по тепловым волокнам дает ощущение холода. Однако специальные психофизиологические эксперименты показывают, что способность ощущать температуру зависит от нескольких факторов: абсолютной внутрикожной температуры, скорости ее изменения, исследуемой области, ее площади, длительности температурного воздействия и других. Понятно, что сочетание этих факторов может быть самым разнообразным. А отсюда термочувствительные ощущения человека несравненно богаче, чем афферентация, посылаемая единичным терморецептором. В высших центрах происходит интеграция сигналов, приходящих от большого количества как тепловых, так и холодовых рецепторов.

Для температурной чувствительности характерна хорошо выраженная адаптация. Сравните: на рецепторном уровне адаптация практически отсутствует. С этой психофизиологической особенностью мы сталкиваемся повседневно. Вода, которая нам кажется сначала горячей, если в ней держать руку или ногу, спустя некоторое время, всего несколько минут, становится значительно "прохладнее", хотя температура ее при этом остается практически неизменной. Вспомните, когда в жаркий летний день вы входите в воду реки, озера, моря, то первое ощущение "холодно" быстро сменяется на "слегка прохладно" или даже нейтрально.

Близким по своим механизмам к адаптации является температурный контраст, с которым мы сталкиваемся также очень часто. Сделаем очень простой, но достаточно убедительный опыт. Заполним три цилиндра водой разной температуры. Левую руку поместим в сосуд, где температура воды 20 градусов Цельсия, а правую - в сосуд с температурой воды 40 градусов Цельсия. Наши ощущения будут совершенно отчетливы: слева - "прохладно", справа - "тепло". Через 2-3 минуты обе руки поместим в цилиндр с водой при температуре 30 градусов Цельсия. Теперь для левой руки будет "тепло", а для правой "холодно". Однако очень скоро, через несколько десятков секунд, ощущения выравниваются в результате явления адаптации. И аналогичных примеров очень много.

Иногда нарушение взаимодействия между тепловыми и холодовыми афферентными потоками может привести к некоторым парадоксальным ощущениям. Например, парадоксальное ощущение холода. Вспомните, когда вы быстро залезаете в ванну с горячей водой (при ее температуре выше +45 градусов Цельсия), то при этом нередко возникает ощущение холода, вплоть до того, что кожа становится "гусиной". И это несложно объяснить. Ведь холодовые рецепторы расположены более поверхностно, поэтому именно они воспринимают "первый удар". Более того, электрофизиологическими экспериментами обнаружено, что при таком резком повышении температуры в холодовых рецепторах происходит усиление импульсации, а это ведь сигнал холода.

Как уже было отмечено, афферентная импульсация от терморецепторов зависит от внутрикожной температуры. Степень же и скорость ее изменения определяются направлением, интенсивностью и скоростью теплового потока. Эти параметры в свою очередь зависят не только от температуры объектов, с которыми мы контактируем, но и от их теплоемкости, теплопроводимости, массы. В этом мы можем легко убедиться, если сравним наши ощущения, когда держим в руках металлический, деревянный и пенопластовый предметы при одной и той те комнатной температуре. Металлический предмет будет нам казаться прохладным, деревянный - нейтральным, а пенопластовый - даже слегка теплым. В первом случае тепловой ноток будет направлен от кожи и, следовательно, приведет к снижению внутрикожной температуры, в третьем случае мы столкнемся с противоположным явлением, а во втором - с промежуточным.

По той же самой причине один и тот же предмет (лучше металлический) при температуре около +30 градусов Цельсия кожей шеи и лица будет восприниматься как холодноватый, а пальцами стопы как тепловатый. Дело в том, что в результате особенностей терморегуляции человеческого организма наши кожные покровы в разных местах тела имеют различную температуру, что, естественно, отражается на температурной чувствительности этих участков.

Человек способен различать разницу температур до 0,2 градуса Цельсия. При этом диапазон воспринимаемых внутрикожных температур составляет от +10 до +44,5 градусов Цельсия. Обратите внимание - внутрикожных. При температурах менее +10 градусов Цельсия наступает холодовая блокада температурных волокон и волокон другой чувствительности. На этом, кстати, основан один из способов обезболивания (как это не совсем точно называют - "замораживание"). При температурах же выше +44,5 градусов Цельсия на смену ощущению "горячо" приходит ощущение "больно".

Информация о температуре окружающей среды используется для выработки ответной терморегуляторной реакции организма. А в чем же заключается это терморегуляторное реагирование? Прежде всего необходимо вспомнить, что человек является теплокровным, или гомойотермным, существом. Это означает, что все биохимические процессы в нашем организме будут протекать в необходимом направлении и с необходимой интенсивностью только в очень узком диапазоне температур. На поддержание этого диапазона и направлены терморегуляционные реакции.

Тепловой баланс человека зависит от соотношения двух противоположных процессов - теплопродукции и теплоотдачи. Теплопродукция, или, как ее иначе называют, химическая терморегуляция, заключается в образовании тепла при различных реакциях обмена веществ в организме. Теплоотдача, или физическая терморегуляция, представляет собой потерю тепла телом человека в результате теплопроведения, теплоизлучения и испарения.

Интенсивность теплопродукции и теплоотдачи регулируется в зависимости от температуры окружающей среды, точнее, от внутрикожной температуры. Однако диапазон терморегуляторных изменений теплопродукции значительно меньше, чем теплоотдачи. И поэтому поддержание постоянства температуры тела достигается главным образом изменением интенсивности отдачи тепла. Для этого имеются очень эффективные приспособления, такие как потоотделение и изменение просвета подкожных сосудов (покраснение и побледнение кожи). Данные процессы достаточно сложны в своей организации и должны быть предметом отдельного специального разговора. Но запуск этих механизмов достигается в результате получения информации от термочувствительных структур, которые мы рассмотрели.

Виктор Иванович Шостак, 1983 год Глобальные экономические проблемы сельскохозяйственных рынков