Факторы термоадаптации

Анатомические признаки. Размеры и форма тела в какой-то степени влияют на интенсивность теплообмена. Теплоотдача за счет конвекции и испарения оказывается тем больше, чем больше поверхность кожи. Теплообмен за счет излучения происходит тем быстрее, чем больше площадь излучающей поверхности. Если главную роль в теплоотдаче играет потоотделение (при температуре воздуха, близкой к температуре кожи или несколько большей), то общая теплоотдача должна коррелироваться с площадью поверхности. Однако действительная величина корреляции составляет + 0,8, что указывает на значительную индивидуальную изменчивость в способности к потоотделению; следовательно, телосложение - это не единственный фактор, влияющий на теплообмен.

Количество тепла, выделяемого человеком в процессе мышечной работы, тесно связано с его весом, причем это относится к самым разнообразным видам физической работы. Количество тепла, производимого на 1 кг веса тела, оказывается приблизительно одинаковым у лиц с большим и малым весом. Это количество, однако, не будет постоянным, если относить его к единице поверхности тела, так как чем меньше индивидуум, тем большая поверхность приходится на 1 кг веса тела. Последнее вытекает из того, что вес тела пропорционален кубу, а поверхность - квадрату линейных размеров тела; при данном весе у людей эндоморфного типа площадь поверхности тела меньше, чем у людей эктоморфного типа. У более крупных людей отношение веса к площади поверхности больше. Таким образом, меньшие по размерам индивидуумы обладают на единицу производимого телом количества тепла относительно большей площадью, участвующей в рассеянии этого тепла; отдача тепла на единицу поверхности у них меньше, что подтверждается данными прямых наблюдений.

Форма тела влияет на теплоотдачу и другим путем. И коэффициент теплоотдачи путем конвекции, и коэффициент теплоотдачи путем испарения становятся приблизительно постоянными, если поверхность велика. Эти коэффициенты быстро увеличиваются, если диаметр конечности меньше 10 см; так при диаметре 7 см коэффициент, характеризующий испарение, почти вдвое больше, чем при диаметре 15 см.

Из этих анатомических соотношений вовсе не следует, что у индивидуумов, размеры тела которых меньше, потоотделение на единицу поверхности должно быть таким же, как у более крупных. Последние потребляют также больше воды, чем индивидуумы малых размеров. У человека большого веса образуется больше пота на единицу поверхности тела; потовые железы должны в этом случае быть более активными, так как количество этих желез не зависит от веса. Из сказанного следует, что при высокой температуре индивидуумы меньших размеров и с более удлиненной формой тела обладают некоторыми биологическими преимуществами.

Третий анатомический фактор - толщина подкожного жирового слоя. При высокой температуре большая часть тепла уносится на периферию усиленным током крови. Но жировой слой сравнительно беден кровеносными сосудами; толщина слоя оказывает большое влияние на общую теплопроводность.

Все рассмотренные факты, которые в жарких странах благоприятствуют установлению теплового баланса, оказывают прямо противоположное действие на теплообмен в районах с холодным климатом. В экспериментах установлено, что индивидуумы с эндоморфным типом телосложения и с большим слоем подкожного жира лучше переносят холод.

Антропологические признаки. С точки зрения приспособления к климату большое значение имеют различия в характере телосложения между разными популяциями. Эти различия подчиняются экологическим правилам Бергмана и Аллена, которые справедливы для популяций животных и человека. Правило Бергмана утверждает, что в пределах одного политипического теплокровного вида размер тела подвида обычно увеличивается с уменьшением температуры окружающей Среды. Правило Аллена гласит: у теплокровных животных, относящихся к одному виду, имеется тенденция к увеличению относительного размера сильно выступающих частей (уши, хвост) с увеличением температуры окружающей Среды.

В ряде исследований было показано, что форма и размеры тела человека также подчиняются этим правилам. В популяциях жарких стран на всех континентах средний вес тела ниже, чем в популяциях, живущих в умеренном и холодном климате. Было показано, что отношение длины тела человека в сидячем положении к общей длине тела становится меньше при увеличении средней годовой температуры, т. е. у жителей жарких стран нижние конечности относительно длиннее. То же можно сказать и о верхних конечностях: отношение размаха рук к длине тела у жителей жарких стран больше; у них меньше размеры туловища. В совокупности все эти данные указывают на то, что при переходе от умеренного к жаркому климату отношение веса тела к площади его поверхности уменьшается. Следует заметить, что корреляция между размерами или формой тела и средней температурой тела объясняет до 50-60% межпопуляционной изменчивости. Конечно, вариации в характере телосложения зависят и от других факторов, и в первую очередь от подвижности популяций.

Исследователи располагают весьма скудными данными о толщине подкожного жирового слоя у представителей различных народов. Установлено, что у американских негров толщина кожной складки меньше, чем у белых; у эскимосов, по-видимому, жировой слой толще, чем у негров. С этим фактом согласуется наблюдение, что у кикуйю и других африканцев эндоморфный компонент в конституции менее выражен, чем у европейцев и японцев.

Различие в характере телосложения между коренастыми эскимосами с одной стороны, и длинными и тонкими аборигенами центральной Австралии или нилотами, с другой, служит примером проявления правила Аллена. Правдоподобным кажется утверждение, что пигмеи и нолоты представляют два крайних примера правил Бергмана и Аллена.

Отмеченные различия в характере телосложения взрослых индивидуумов позволяет предположить, что и в характере роста должна проявляться некоторая зависимость от климатических условий. Тот факт, что удлиненная форма тела преобладает у людей, живущих в жарких странах, согласуется с наблюдением, что период роста в этих странах удлинен, а наступление половой зрелости несколько запаздывает. Удлиненная форма тела, т. е. относительно большая длина на единицу веса, обычно связана с задержкой развития скелета и общего физиологического созревания.

Ряд авторов выдвинули гипотезу, что черты лица монголоидного типа - это специальный приспособительный признак для жизни в условиях суровых холодов. Для этого типа характерны уменьшенные надбровные дуги и лобные пазухи, более плоские и широкие глазничные и молярные области, уменьшенный носовой выступ. Связывая происхождение монгольской расы с континентальными областями Центральной Азии, указывают, что особые признаки монгольского глаза (узость щели, складка века, эпикантус) возникли как защитный аппарат, охраняющий орган зрения от ветров, пыли и вредоносного действия отраженной солнечной радиации на заснеженных пространствах.

Возникновение эпикантуса могло быть связано с другими причинами. Так, доказана внутригрупповая связь между выраженностью эпикантуса и уплощенностью переносья, а именно показано, что чем выше переносье, тем в среднем меньше эпикантус. Эта связь обнаруживалась на всех исследованных в этом отношении сериях: бурятов, киргизов, казахов, береговых чукчей, эскимосов. однако низкое переносье не единственное и не достаточное условие для возникновения эпикантуса. По-видимому, эпикантус зависит также и от толщины жирового слоя под кожей верхнего века. Эпикантус до известной степени является “жировой” складкой верхнего века. При изучении туркмен Ашхабада обнаружилось, что у индивидов с очень сильным жироотложением на лице эпикантус был отмечен значительно чаще, чем у лиц со слабой степенью жироотложения. Известно, что усиленное жироотложение на лице характерно для детей монголоидной расы, обладающих, как известно, особенно сильным развитием эпикантуса.

Локальное отложение жировой клетчатки у детей монголоидной расы могло в прошлом иметь разное значение: как средство против обмерзания лица в условиях холодных зим и, что менее вероятно, как местный запас питательного вещества с высоким калорийным содержанием. Стеатопигия бушменов и готтентотов представляет также пример местного отложения жира у населения, физический тип которого сформировался в условиях засушливого климата.

Определенную зависимость от климата испытывает и строение наружного носа. Не исключена возможность, что крупные размеры и сильное выступание наружного носа имели известное значение в сравнительно высокогорных областях, где некоторая разреженность воздуха требовала большой площади носового отверстия, а низкая температура благоприятствовала увеличению объема носового входа как согревающей камеры. Подобные черты обнаруживаются у коренных жителей Кавказа и переднеазиатских нагорий. Ортогнатность европейцев и северных моноголоидов могла быть полезной так как делала более крутым изгиб вдыхаемого воздуха и тем предохраняла носоглотку от охлаждения.

Генетические признаки. Изучение близнецов показало, что изменчивость формы и размеров тела, отложения жира, характер роста, развитие скелета и физиологическое созревание в гораздо большей степени определяется генетической конституцией, нежели действием факторов внешней Среды. Несомненно, что некоторые различия между популяциями определяются различиями в генотипах или в каких-либо полифакторных комбинациях. Такие полифакторные признаки, как форма носа или отношение длины конечностей к длине туловища, остаются неизменными при изменении окружающих условий. В действительности ситуация более сложна, так как влияние климата на вес тела и скорость роста у переселенцев примерно такое же, как у коренных жителей данной местности. Вес тела у европейцев в среднем ниже, чем у европейцев в холодных странах. Масса тела и рост заметным образом зависят от времени года. Хорошо известно, что у животных даже в первом поколении строение тела претерпевает изменения, в направлении, определяемом правилами Бергмана и Аллена. Другими словами, действие высокой температуры в период роста может привести к морфологическим и физиологическим изменениям, которые в последующем обеспечат большую сопротивляемость организма к действию высоких температур. Благодаря способности к непосредственным и быстрым реакциям, подобно тенденции к загару, эти изменения могли, по-видимому, накапливаться путем сравнительно быстрого естественного отбора, так что в некоторых популяциях соответствующие типы роста закрепляются генетически. Не удивительно в таком случае, что на всех континентах связь телосложения с климатическими условиями, устанавливаемая соотношениями Бергмана и Аллена, существует независимо от расы. В некоторых случаях эта связь может быть в своей основе генетической, но это вовсе не обязательно.

Тот факт, что каждая из больших расовых групп живет в самых различных климатических условиях, обусловлен явлением физиологической акклиматизации, различий в размерах тела, расовых различий. Наиболее удивительны в этом отношении американские индейцы. Различные племена индейцев на Американском континенте живут в самых различных географических условиях: индейцы атабаски, населяющие район Большого Медвежьего озера, живут в таких же суровых условиях, как эскимосы; материальная культура жителей Огненной Земли бедная, климат сырой, холодный, с частыми штормами; индейца майя на полуострове Юкатан или в Гватемале обитают в условиях жаркого влажного климата. Австралийские аборигены, подобно жителям Огненной Земли переносят холода с минимальными защитными приспособлениями. Зимой, в ночное время, в центральной Австралии, в областях, где проживают племена анватьера и ильпирра, бывает температура от - 2 до - 10°С. Днем же аборигены даже в зимнее время испытывают действие очень высоких температур - сухой воздух прогревается до 30-35°С. Вместе с тем в жарких влажных областях Австралии, также населенных коренными жителями, температура достигает 28-32°С при относительной влажности 70-80%. Негры населяют не только джунгли и жаркие влажные места, но и холодные высокогорные районы Басутоленда, Эфиопии и Кении. К монголоидной расе относятся не только народы, живущие вблизи Полярного круга, но и жители Центральной Азии, привыкшие к очень резким колебаниям суточной температуры, и китайцы, живущие в Юго-Восточной Азии, где климат жаркий м влажный. Очень широк в настоящее время климатический интервал обитания европейцев. В странах жаркого пояса можно отметить популяции иммигрантов-европейцев, обосновавшихся в бассейне Амазонки, итальянцев в северной Австралии, народность кота и других европеоидов в Индии, народы Северной Африки и Ирана, живущие в пустынных местностях вблизи Средиземного моря и на Ближнем Востоке.