Lämmönsäätely

Lämmönsäätely on eläimen tapa pitää ruumiinlämpönsä tasaisena ja sopivan korkeana silloinkin kun ympäristö on sitä kuumempi tai kylmempi. Tällöin solujen toiminta säilyy vilkkaana.
Tasalämpöisten eläinten kuten nisäkkäiden ja lintujen ruumiinlämpö pyrkii pysymään samana elimistön lämmöntuotannon avulla, vaikka ympäristön lämpötila olisi sitä korkeampi tai matalampi. Vaihtolämpöisten eläinten kuten matelijoiden ruumiinlämpö on riippuvainen ympäristön lämpötilasta.

Ruumiinlämpö

Ihmisen ydinlämpö on noin 37 °C. Se miten suuri osa elimistöstä kuuluu tähän ydinosaan, riippuu ympäristön lämpötilasta. Pienimmillään hyvin kylmässä ympäristössä ydinosaan kuuluvat vain keskushermoston ja rinta- ja vatsaontelon elimet. Sen sijaan raajojen ja etenkin sormenpäiden ja varpaiden lämpötila on useita asteita matalampi. Kun ympäristön lämpötila on korkea, ydinosa kattaa lähes koko elimistön. Ihmisen täytyy pitää ruumiinlämpönsä 25 ja 42 asteen välillä tai hän on vaarassa kuolla. Jo alle 33 asteessa lämmönsäätelykyky heikkenee, ja 27–30 asteen ruumiinlämpö aiheuttaa tajunnan menettämisen. Ruumiinlämpö nousee aterian jälkeen sekä lihastyössä.

Lämpötasapainon ylläpito

Ihmisen elimistö pyrkii pitämään yllä lämpötasapainoa. Ruumiinlämpö pysyy samana, kun elimistön lämmönsäätelymekanismit korjaavat lämmönhukan ja lämmöntuotannon välille jatkuvasti muodostuvaa epäsuhtaa. Ihminen tuottaa jatkuvasti lämpöä, ja verenkiertoelimistön avulla lämpöä siirtyy niin, että kehon ydinlämpö pysyy tasaisena. Veri kuljettaa lämpöä myös iholle, josta se siirtyy ympäristöön. Jäähtynyt veri palaa elimistön sisäosiin, missä se lämpenee uudelleen.
Ihmisen elimistö ja hänen ympäristönsä vaihtavat lämpöä eri tavoin: säteilyn, johtumisen, kuljetuksen (konvektion) ja haihtumisen avulla.
Ihminen lähettää tai vastaanottaa elektromagneettista lämpösäteilyä sen mukaan, onko elimistö ympäristöä lämpimämpi vai viileämpi. Huoneenlämmössä alaston ihminen menettää koko lämmönhukastaan lämpösäteilynä 60 prosenttia. Lämmönvaihto lämpösäteilyn kautta on sitä suurempaa, mitä suurempi ihon pinta-ala on kosketuksissa ilman kanssa. Kokoon käpertynyt keho menettää vähiten lämpöä säteilyn kautta.
Lämmön johtumisessa lämpöenergiaa siirtyy kehon molekyyleistä suoraan ympäristön molekyyleihin tai päinvastoin. Iho johtaa lämpöä pois etenkin viileässä vedessä. Tavallisesti lämmönhukka tai -saanti on johtumisen kautta kuitenkin suhteellisen vähäistä.
Lämmön kuljetusta eli konvektiota tapahtuu kun ilman tai veden liikkeet saavat lämmön vaihtumaan elimistön ja ympäristön välillä. Ihon lämmittämä ilma nousee ylöspäin, ja tilalle virtaa viileämpää ilmaa, ja näin lämpöä siirtyy elimistöstä ympäristöön. Tuuli lisää lämmönhukkaa.
Haihtumista tapahtuu ihon kautta hikoillessa tai uloshengityksessä. Haihtuminen vaatii lämpöenergiaa, joten kun vettä haihtuu pinnalta kuten iholta, pinta viilenee.

Lämmönsäätelyjärjestelmä

Ihmisen ruumiinlämmön säätelyjärjestelmän osat ovat sensorinen (aistiva) osa, koordinoiva keskus (lämmönsäätelykeskus), sekä motorinen (toimeenpaneva) osa.
Lämmönsäätelyn sensorisen osan muodostavat hermosolut, joiden hermopäätteissä on lämpötilaan reagoivia lämpötilareseptoreja. Lämpötilaan reagoivia aistinsoluja on sekä iholla että elimistön sisäosissa. Reseptorit rekisteröivät niitä ympäröivän kudoksen lämpöä. Kylmäreseptorit reagoivat alhaisiin lämpötiloihin ja lämpöreseptorit korkeisiin lämpötiloihin.
Hermosolujen keräämät tiedot välittyvät lämmönsäätelykeskukseen, joka sijaitsee aivojen hypotalamuksessa. Se on elimistön termostaatti, joka on ohjelmoitu pitämään ruumiin lämpötila tietyllä tasolla. Hypotalamus joko tehostaa tai hidastaa lämmöntuotantoa riippuen siitä, onko sen vastaanottama lämpötilatieto sisäistä oletusarvoaan suurempi tai pienempi. Näin elimistön ydinlämpö pysyy normaalina.
Lämmönsäätelyn keinot vaihtelevat sen mukaan, onko ympäristön lämpötila elimistön mukavuusalueen ylä- vai alapuolella. Alastoman, lepäävän ihmisen mukavuusalue eli termoneutraali alue on 27–32 °C. Kun ympäristön lämpötila vaihtelee näiden rajojen sisällä, lämmönsäätelykeskus tehostaa tai heikentää ihon verenkiertoa, mikä riittää pitämään lämmönhukan vakiona. Kun ympäristön lämpötila laskee mukavuusalueen alapuolelle, lämmöntuotannon on lisäännyttävä. Alle yksivuotiailla lapsilla lämpöä tuottaa ruskea rasvakudos. Sitä vanhemmilla lämmöntuotanto tehostuu lihastoimintaa lisäämällä. Lihaksissa alkaa rytmikäs, tahdosta riippumaton supistelu eli lihasvärinä, jonka taajuus on 10–20 värähdystä sekunnissa. Lihasvärinä voi moninkertaistaa elimistön lämmöntuotannon muutamassa sekunnissa. Mukavuusalueen yläpuolella kehoa taas on viilennettävä eli lämpöä on poistettava. Elimistö voi poistaa lämpöä vain haihtumisen avulla. Tämä tapahtuu siten, että ihminen hikoilee, ja lämmönhukka ja jäähtyminen tapahtuvat hien haihtuessa.

Sopeutuminen kuumaan ja kylmään

Ihminen sopeutuu kuumaan ilmastoon muutamassa viikossa, kun hänen elimistönsä alkaa erittää aiempaa enemmän hikeä. 35 C-asteen märkälämpötila on raja, jota kuumemmassa ihminen ei selviydy pitkään, koska hikoilu ei pysty enää jäähdyttämään riittävästi. Ihmisen kyky sopeutua fysiologisesti pitkäaikaiseen kylmässä oleskeluun on sen sijaan vähäinen. Silloin aineenvaihdunta vilkastuu, kilpirauhashormonien eritys saattaa voimistua, ja ihon ja ihonalaiskudoksen lämmöneristyskyky saattavat parantua.

Kuume

Kuumeessa ruumiinlämpö kohoaa normaalia korkeammaksi, koska lämmönsäätelykeskus tulkitsee normaalin ruumiinlämmön liian alhaiseksi ja lämmönsäätelymekanismit pyrkivät nostamaan ruumiinlämmön uudelle tavoitetasolle. Tällöin ihon verenkierto vähenee ja iho kalpenee. Kun kuume alkaa laskea, lämpöä poistuu hikoilun kautta kunnes ruumiinlämpö on normaali. Kuumeen tarkoitus on parantaa elimistön puolustuskykyä, vaikkakin pitkään jatkuva korkea kuume on vaarallinen.

Tahdonalainen lämmösäätely

Kun ihminen tekee maksimaalista lihastyötä, luustolihakset tuottavat 30–40 kertaa enemmän lämpöä kuin muu elimistö. Tällöin ruumiinlämpö voi nousta jopa 40 asteeseen. Sen seurauksena ihon verenkierto voimistuu ja sitä kautta lämmönhukka suurenee. Ihminen alkaa myös hikoilla.
Ihminen säätelee omaa ruumiinlämpöään myös vaatetuksen avulla. Viileässä vaatteet vähentävät ilman liikettä iholla ja siten myös lämmönhukkaa. Kuumassa etenkin valkoiset vaatteet heijastavat auringonvaloa tehokkaasti, ja ilmavat vaatteet sallivat myös hien haihtumisen iholta.
Ihminen voi säätää myös ympäristönsä lämpötilaa. Hän esimerkiksi avaa tai sulkee ikkunoita, lisää tai vähentää lämmitystä, tai hakeutuu suojaan.