Для того чтобы понять механизмы закаливания, в том числе и механизмы адаптации детей к сниженной температуре среды, необходимо разобрать вопросы, связанные с терморегуляцией в раннем постнатальном периоде.
В антенатальном периоде организм развивается в условиях постоянной температуры, равной температуре тела матери. Постоянство температуры окружающей среды во внутриутробном периоде является важным и непременным фактором раннего развития, поскольку плод еще не способен сам поддерживать собственную температуру тела. Преждевременно рождающиеся дети, а также незрелорождающиеся млекопитающие в условиях обычной температуры окружающей среды, равной 21—22 °С, не могут поддерживать гомойотер- мию и потому снижают температуру собственного тела. Исследования показали, что однократное или многократное снижение температуры беременного животного не безразлично для внутриутробного развития и приводит к существенной задержке роста и развития плода.
Сразу после рождения температура окружающей среды для ребенка снижается на 10—15 °С.
Какие физиологические закономерности лежат в основе регуляции функций в этих условиях? Пониманию закономерностей целого организма в значительной степени способствует развитие системного подхода в биологии и медицине. Системы нередко определяются как «совокупность отдельных элементов», их «упорядоченность». Открытие системных закономерностей в деятельности живых систем связано с именем академика П. К. Анохина. П. К. Анохин обратил внимание на то, что системы живых организмов не просто упорядочивают входящие в них отдельные элементы, но и объединяют их для осуществления отдельных жизненно важных функций. Такие системы получили название функциональных систем.
Системообразующим фактором функциональной системы любой степени сложности (по П. К. Анохину) являются полезные приспособительные результаты для системы и организма в целом. К ним относятся: 1) показатели внутренней среды (питательные вещества, кислород, температура, реакции крови, осмотическое и кровяное давление), то, что в значительной мере определяет уровень здоровья взрослых и детей; 2) результаты поведенческой и социальной деятельности, удовлетворяющие основные биологические потребности организма (пищевые, питьевые, оборонительные и т. д.) и социальные.
Рассмотрим отдельные узловые механизмы формирования функциональной системы, определяющей оптимальный для метаболизма уровень температуры тела. Она объединяет две подсистемы: подсистему внутренней эндогенной саморегуляции и подсистему поведенческой регуляции температуры тела [Макаров В. А., 1983]. Эндогенные механизмы саморегуляции за счет процессов теплопродукции и теплорегуля- ции определяют поддержание необходимой для метаболизма температуры тела. Однако в отдельных условиях действия этих механизмов становятся недостаточными. Тогда на основе первичных изменений внутри организма рождается мотивация к изменению положения организма во внешней среде и возникает поведение, направленное на восстановление температурного оптимума организма.
Принципиальная архитектура функциональной системы, поддерживающей температуру тела на оптимальном для метаболизма уровне, представлена на рис. 2. Полезным приспособительным результатом данной функциональной системы является температура крови, которая, с одной стороны, обеспечивает нормальное течение обменных процессов в организме, а с другой стороны, сама определяется интенсивностью процессов метаболизма.
Для нормального течения метаболических процессов го- мойотермные животные, в том числе и человек, вынуждены поддерживать температуру тела на относительно постоянном уровне. Измерение температуры в течение дня позволяет определить ее суточные колебания с наивысшим уровнем в 12—16 ч и низшим — в 2—4 ч. Эти колебания идут параллельно с функциональными сдвигами процессов кровообращения, дыхания, пищеварения и др. и отражают, таким образом, суточные колебания жизнедеятельности организма, обусловленные биологическими ритмами. Благодаря механизмам саморегуляции необходимая для обмена веществ температура поддерживается уже в крови. Температура крови и ее малейшие изменения немедленно воспринимаются терморецепторами сосудов или клетками гипоталамической области. В случае повышения температуры крови усиливаются процессы теплоотдачи за счет расширения сосудов, усиления потери тепла конвекцией, излучением и др. Одновременно с этим наблюдается торможение процессов теплопродукции.
При повышении температуры крови усиливаются процессы теплопродукции за счет мышечной деятельности, дрожи, усиления клеточного метаболизма. Наряду с этим тормозятся процессы теплоотдачи, что и приводит к восстановлению температуры крови. Данная функциональная система находится в постоянных взаимоотношениях с внешней средой посредством действия внешней температуры на терморецепторы кожи.
В последние годы установлено, что в раннем возрасте уже осуществляется функция теплопродукции, которая обеспечивается в первую очередь активностью бурого жира. У плода уже в антенатальном периоде представлена бурая жировая ткань, расположенная главным образом в межлопаточной области [Новикова Е. Ч., Корниенко И. А. и др., 1972; Корниенко И. А., 1979]. Показано, что усиление функции бурого жира связано с возрастанием симпатической регуляции, а именно с изменением содержания норадреналина.
Теплопродукция за счет сократительной активности скелетных мышц в раннем постнатальном возрасте не является основной, первостепенной. У детей еще отсутствует холодовая дрожь. Вместе с тем у них, начиная с периода новорожденное™, уже представлен терморегуляционный тонус скелетных мышц, который приводит к созданию специфической позы (согнутое положение конечностей по отношению к туловищу, что обеспечивает повышение теплопродукции). Во время сна тонус скелетных мышц исчезает, но терморегуляционная активность бурой жировой ткани обеспечивает термогенез и во время сна.
В раннем постнатальном возрасте скелетная мускулатура принимает участие в терморегуляции только при значительном снижении температуры среды. В более старшем возрасте (1*/2—3 года) терморегуляционная активность скелетных мышц начинает проявляться при местном охлаждении — погружении рук в холодную воду (+15 °С) на 2 мин.
С возрастом происходит уменьшение роли химической терморегуляции и возрастание физической терморегуляции, о чем свидетельствует снижение кожной температуры и тем самым увеличение температурных градиентов туловища и конечностей [Кореневская Е. И. и др., 1971; Саатов М. С., 1974; Гохблит И. И., Корниенко И. А., 1978].
Сниженная температура среды через раздражение рецепторов кожи и легких может стимулировать центры иннервации скелетных мышц и способствовать возникновению так называемого терморегуляциопного мышечного тонуса. Как представлены адаптивные механизмы поддержания постоянной температуры тела у взрослого и растущего организма?
Существенное значение в терморегуляции как у взрослых, так и у детей принадлежит скелетной мускулатуре. Однако в детском возрасте значение скелетной мускулатуры в качестве фактора теплопродукции меньше, чем у взрослых, поскольку у взрослых больше масса мускулатуры. Она составляет 40 %, в то время как у детей — на 10 % меньше.
Большая роль в теплопродукции отводится печени, кишечнику, причем тем большая, чем меньше возраст ребенка. Хорошо известно, что сокращение мышцы сопровождается освобождением тепла. Однако химическая терморегуляция может проявляться и при отсутствии сократительной деятельности мышц. Это явление получило название «химический тонус», «бездрожевой», «несократительный термогенез».
В настоящее время показано, что функциональная система терморегуляции включает в себя корковый и гипоталамический отделы мозга [Hemingway А., 1963]. Закаливание изменяет в целом деятельность нервной системы и эндокринного аппарата, приводит к формированию новых условных рефлексов [Миих А. А., 1980].
Как уже было сказано, начальные стадии адаптации к холоду обязаны усилению теплообразования за счет возрастания мышечной активности. Далее дрожевая активность меняется на несократительный термогенез, связанный с возникновением свободного окисления.
Таким образом, если на уровне целостного организма адаптация к холоду вызывает возбуждение симпатического отдела нервной системы, то на уровне клетки адаптивные изменения приводят к увеличению свободного окисления. Это ведет к падению концентрации макроэргов, увеличению потен
циала фосфорилирования, мобилизации гликолиза, что в конечном итоге направлено на увеличение активности генетического аппарата клеток и увеличение количества митохондрий [Меерсон Ф. 3., 1973].
Адаптация к низкой температуре среды предполагает не только увеличение теплопродукции, что обеспечило бы растущему организму выживание, но и сохранение или увеличение рабочих возможностей организма в среде. Иными словами, адаптация к холоду предполагает высокий уровень разобщения окисления и фосфорилирования — возрастание мощности системы разобщения.
Установлено, что адаптация к холоду в раннем постнатальном возрасте может привести к увеличению рабочих воз-‘ можностей сердечно-сосудистой системы. При этом возрастает содержание миоглобина как в сердце, так и в скелетных мышцах [Празников В. П., 1972].
Во время адаптации взрослого организма к холоду происходит увеличение концентрации катехоламинов и, в частности, норадреналина в плазме крови и моче. Чувствительность организма к адреналину и норадреналину во время адаптации к холоду существенно возрастает и становится большей, чем у неадаптированных к холоду животных [Меерсон Ф. 3., Гомазков О. А., 1970]. Еще большая чувствительность к холоду имела место у животных раннего возраста. При фармакологическом выведении катехоламинов из тканей и крови животных раннего возраста происходит резкое снижение адаптивной устойчивости к холоду.
Адаптация детского организма к сниженной температуре среды в целях увеличения устойчивости, резистентности по отношению к переохлаждению и возникновению заболеваний может быть рассмотрена на примере временных холодовых экспозиций, а также на «модели» адаптации детей к условиям Севера. При этом имеется в виду изыскание оптимальных условий проведения различных приемов закаливания в условиях средней полосы и Севера. С другой стороны, адаптация детей к Европейскому и Азиатскому Северу вскрывает те факторы риска, которые могут встретиться при чрезмерной адаптации, при чрезмерном закаливании ребенка к холоду в средней полосе или даже на юге. Чрезмерная адаптация ведет, как правило, к «полому» возможностей сопротивления организма к ряду средовых воздействий и возникновению заболеваний.