SZCZEGÓLNE KŁOPOTY

U człowieka opisany mechanizm nie odgrywa żadnej roli, zaś skurcz mięśni stroszycieli włosów (tzw. gęsia skórka) jest jedynie bezużyteczną pozostałością filogenetyczną. Odzież zastąpiła pierwotny mechanizm własnej izolacji cieplnej. Z przytoczonych przykładów wynika, że z punktu widzenia wymiany ciepła zysk, jaki człowiek odniósł z tej „zamiany”, bywa czasem wątpliwy. Działanie omówionego wyżej naczyniowego mechanizmu adaptacji ustroju do niskiej temperatury otoczenia ma też swoje niedostatki. Po wpływem zimna kurczą się naczynia krwionośne nie tylko oziębianej okolicy ciała, lecz również okolic odległych. Szczególnych kłopotow przysparza skurcz naczyń krwionośnych górnych dróg oddechowych przy niewielkim nawet oziębieniu stóp, stając się często przyczyną cho­roby przeziębieniowej. Trzeba też pamiętać, że dłużej trwający silny skurcz naczyń krwionośnych skóry może spowodować jej martwicę w wyniku niedokrwienia tkanki (odmrożenie).

U WIELU GATUNKÓW ZWIERZĄT

Warto nad­mienić, że podobne pod względem konstrukcji systemy stosuje się dla oszczędzenia ciepła także w technice ogrzewniczej. U wielu gatunków zwierząt istnieje jeszcze jeden mechanizm ochrony ustroju przed utratą ciepła: piloerekcja (stroszenie włosów). Mię­dzy gęstymi, nastroszonymi włosami zostaje zatrzymana nieruchoma warstwa powietrza, które jest złym przewodnikiem ciepła. Głębokość tej warstwy sięga np. u białego wilka arktycznego przeszło 6,5 cm. Ustrój zyskuje w ten sposób doskonałe okrycie. Skuteczność tej izolacji cieplnej pozwala wielu zwierzętom żyjącym w rejonach polarnych po­zostawać w otoczeniu o temperaturze —30 do —40 °C bez uruchomie­nia „drugiej linii obrony”, tzn. zwiększonego wytwarzania ciepła, i przy zachowaniu stałej temperatury wewnętrznej ciała około 37°C, zaś tem­peratury skóry około 30°C.

KREW TĘTNICZA

Obniżenie temperatury krwi tętniczej przed osiągnięciem przez nią obwodu kończyny, gdzie styka się za pośrednictwem tkanek powierzchownych z zimnym oto­czeniem, przyczynia się również do zmniejszenia utraty ciepła przez ustrój. Jak bardzo skuteczny jest ten mechanizm „krótkiego spięcia” cieplnego, ilustrują przykłady ze świata zwierzęcego. P. F. Scholander i W. E. Schevill starali się wyjaśnić, w jaki sposób wieloryby żyjące w wodach podbiegunowych mogą utrzymywać stałą temperaturę we­wnętrzną ciała mimo ogromnej powierzchni płetw, przez które tracą ciepło do lodowatej wody. Okazało się, że unaczynienie płetw przypo­mina opisane wyżej unaczynienie kończyn człowieka. Układ naczyń w postaci przeciwprądowych wymienników cieplnych pozwala na mak­symalną redukcję strat ciepła. Opisano u delfina zmiany temperatury płetw sięgające w różnych temperaturach otoczenia 9°C, podczas gdy wahania temperatury wewnętrznej nie przekraczały 0,5°C.

ZACHOWANE W ORGANIZMIE

Skurcz naczyń krwionośnych skóry ułatwia ochronę przed utratą ciep­ła przez ustrój w jeszcze inny sposób. Głębokie tętnice zaopatrujące kończyny w krew biegną w nich w otoczeniu dwu bardzo blisko poło­żonych żył. W otoczeniu o neutralnej temperaturze znaczna część, a w gorącym otoczeniu nawet większa część krwi płynącej do kończyny kie­rowana jest poprzez odgałęzienia tych tętnic do naczyń powierzchow­nych skóry. W chłodnym lub zimnym otoczeniu naczynia krwionośne skóry kurczą się i prawie cała krew płynąca do kończyn kierowana jest do głębokich tętnic. Jak wspomniano, obok tych tętnic płynie w prze­ciwnym kierunku krew żylna. Ciepło przenoszone jest „w poprzek” te­go układu — z ogrzanej krwi tętniczej do oziębionej na obwodzie koń­czyny krwi żylnej, która oddała ciepło do otoczenia. W efekcie tem­peratura krwi tętniczej płynącej do kończyn obniża się, lecz nie w wy­niku oddania ciepła do otoczenia i jego utraty, lecz w wyniku transferu ciepła do krwi żylnej płynącej z obwodu kończyny do ustroju. Ciepło to zostaje zatem zachowane w organizmie.

SZCZEGÓLNIE NISKIE PRZEWODNICTWO

Szcze­gólnie niskie przewodnictwo cieplne ma tkanka tłuszczowa, ale tylko wówczas, gdy przepływ przez nią krwi jest mały. Gdy naczynia krwio­nośne zaopatrujące tę tkankę są rozszerzone, jej przewodnictwo cieplne wybitnie wzrasta — znaczną część każdej jednostki masy tej tkanki sta­nowi wówczas krew, którą cechuje wysokie przewodnictwo cieplne. W otoczeniu o wysokiej temperaturze podskórna tkanka tłuszczowa traci więc w dużym stopniu swoje właściwości izolacyjne i niewiele przeszkadza w usuwaniu z ustroju nadmiaru ciepła, natomiast w zimnym otoczeniu staje się dobrym izolatorem. Dlatego też grubość podskórnej tkanki tłuszczowej jest jednym z czynników decydujących o między- osobniczych różnicach w tolerancji zimna.

W WARUNKACH NISKIEJ TEMPERATURY

Im większa panuje różnica temperatur między tkankami głębokimi i powierzchownymi, tym opisany przepływ ciepła jest większy. Fakt ten niekiedy staje się przyczyną pozornie paradoksalnego zjawiska. Roz­poczęcie wysiłku fizycznego (pływanie) przez człowieka zanurzonego w chłodnej wodzie może spowodować obniżenie temperatury wewnętrznej ciała w stosunku do jej poziomu w spoczynku, mimo iż podczas pływa­nia wzrasta ilość ciepła powstającego w ustroju. Ciepło wytwarzane podczas skurczów mięśni gromadzi się początkowo w ustroju, powodu­jąc podwyższenie temperatury wewnętrznej i zwiększenie różnicy tem­peratur między wnętrzem i powierzchnią ciała. Wtórny w stosunku do zmiany wzrost przepływu ciepła jest przyczyną obniżenia temperatury wewnętrznej.Tak więc zmniejszenie przepływu krwi przez tkanki powierzcho­wne zwiększa grubość zewnętrznej izolacyjnej warstwy tkankowej o niskim przewodnictwie cieplnym i zmniejsza tempo utraty ciepła.

DORAŹNA ADAPTACJA

Jak wspomniano już wyżej, ekspozycja człowieka na działanie niskiej temperatury środowiska wyzwala ze strony jego ustroju reakcje, które zmniejszają utratę ciepła do otoczenia i zwiększają ilość ciepła powsta­jącego w organizmie. Pierwszą reakcją na działanie niskiej temperatury otoczenia jest skurcz naczyń krwionośnych skóry i podskórnej tkanki tłuszczowej. Zmniejszenie przepływu krwi przez te tkanki ogranicza ilość ciepła dostarczanego przez krew do powierzchownych warstw ciała oraz zmniejsza ich przewodnictwo cieplne. W efekcie ulega obni­żeniu temperatura powierzchni ciała i zmniejsza się różnica temperatur: skóra — otoczenie, co powoduje zmniejszenie tempa utraty ciepła przez ustrój. Oczywiście skuteczność działania opisanego mechanizmu ochro­ny ustroju przed utratą ciepła jest ograniczona. Jak długo wnętrze ustro­ju ma wyższą temperaturę od temperatury tkanek powierzchownych, zachodzi stały przepływ ciepła w kierunku powierzchni ciała i jego utrata przez ustrój do środowiska.

ELEMENT KRAŃCOWYCH WARUNKÓW

Zimno pozostaje zatem elementem warunków krańcowych także dla współczesnego człowieka. Dla ochrony przed nim trzeba sięgać do środków współczesnej techniki, które pozwalają na tworzenie mikrokli­matu dobrze znoszonego przez organizm nawet w warunkach mrozów arktycznych. Nie uwalnia nas to jednak od badania i uczenia się, jak wykorzystywać własne, fizjologiczne mechanizmy ochrony przed obni­żeniem temperatury wewnętrznej ciała lub uszkodzeniem przez zimno tkanek powierzchownych (odmrożenia). Poznanie i wykorzystanie tych mechanizmów stanowi warunek przystosowania się do znacznej części naturalnego środowiska termicznego, warunek wykorzystania nie za­mieszkanych dotychczas rejonów Północy, warunek przeżycia.