להישאר יציב
שימו מדחום מתחת ללשון בבוקר של חורף או בצהריים של קיץ, והוא יראה קרוב ל־37 °C. האוויר סביבכם יכול לנוע בשלושים מעלות ביום; הליבה שלכם, המוח, הלב והאיברים שעמוק בגוף, זזה בפחות ממעלה אחת. האנזימים שמפעילים כל תא עובדים הכי טוב בתחום הצר הזה. כמה מעלות חם מדי, וחלבונים מתחילים לאבד את צורתם; כמה מעלות קר מדי, וכל תגובה בגוף מאטה.
שמירה על משהו יציב בפנים כשהחוץ משתנה נקראת הומאוסטזיס, ממילים ביוונית שפירושן “להישאר אותו הדבר”. הפיזיולוג הצרפתי קלוד ברנאר כתב בשנות החמישים והשישים של המאה התשע־עשרה שהגוף שומר על “סביבה פנימית” יציבה בשביל התאים שלו, והפיזיולוג האמריקאי וולטר קנון נתן לרעיון את שמו ב־1926. טמפרטורה היא רק אחד הדברים שנשמרים יציבים. גם הסוכר, המים, המלח, החומציות, החמצן והפחמן הדו־חמצני בדם נשמרים, כל אחד בלולאה משלו. המאמר הזה עוקב אחרי הטמפרטורה, כי אותה אפשר להרגיש.
נסו: כשמאמץ על עמידה במקום, העבירו את טמפרטורת האוויר מ־−10 °C ועד 43 °C. המדחום מטפס ביותר מחמישים מעלות; קו הליבה בתרשים נשאר במרחק של פחות מחצי מעלה מ־37.
חום נכנס, חום יוצא
הגוף מייצר חום כל הזמן. כל תא שורף דלק בנשימה התאית, ורוב האנרגיה הופכת בסוף לחום: כ־100 W לאדם מבוגר שעומד במקום, כמו נורת להט חזקה מפעם, וכמעט 1000 W בריצה מאומצת. אילו שום חום לא היה בורח, גוף במנוחה היה מתחמם ביותר ממעלה בשעה.
החום עוזב את העור בארבע דרכים, אלה שמתוארות בחום וטמפרטורה. העור קורן אור אינפרה־אדום אל כל מה שקר ממנו סביבו. אוויר שנוגע בעור מתחמם ונישא הלאה בהסעה. מעט חום מוּלך אל מה שנוגעים בו. ומים שמתאדים מהעור לוקחים איתם המון חום: כל גרם זיעה שהופך לאדים לוקח כ־2.4 kJ, כך שליטר בשעה הוא קרוב ל־700 W. גם הנשימה לוקחת מעט, חמה ולחה ביציאה.
הליבה נשארת בטמפרטורה אחת רק כשהחום הנכנס והחום היוצא מאוזנים. העמודות שמתחת לתרשים מראות את המאזן הזה: מה שהגוף מייצר, ומה שהוא מאבד לאוויר, לזיעה המתאדה ובנשימה. כשהאוויר חם מהעור, הקרינה וההסעה פועלות הפוך ומכניסות חום, והאידוי הוא הדרך היחידה שנשארת להיפטר ממנו.
תרמוסטט במוח
את האיזון שומרת לולאת משוב, אותו רעיון שבו משתמשים תרמוסטט ביתי או רובוט מתאזן. יש לה שלושה חלקים.
החיישנים הם קצות עצבים. חלקם נמצאים בעור ומדווחים אם הוא מתחמם או מתקרר; אחרים, במוח עצמו, בחוט השדרה ובאיברים, מדווחים על הטמפרטורה של הליבה. מרכז הבקרה הוא ההיפותלמוס, אזור בגודל של שקד בבסיס המוח. הוא משווה את מה שהחיישנים מדווחים לנקודת הקביעה שלו, כ־37 °C, ושולח פקודות דרך מערכת העצבים. המבצעים מוציאים אותן לפועל: כלי הדם של העור, בלוטות הזיעה, השרירים, והאדם עצמו, שלובש סוודר או מחפש צל.
הלולאה היא משוב שלילי: כל שינוי מעורר תגובה שדוחפת לכיוון ההפוך. חם יותר, והגוף מאבד חום מהר יותר. קר יותר, והוא שומר את החום בפנים ומייצר עוד. החיישנים בעור מאפשרים לפעול מוקדם, לפני שהליבה זזה בכלל, כמו שרוח קרה גורמת לכם לרעוד לפני שהליבה שלכם התקררה.
נסו: העבירו את התקרבות לעור אל העור מקרוב. כשהאדם זז הצידה, ההיפותלמוס נדלק, ואותות רצים במורד חוט השדרה ולאורך עצב אל הזרוע: בענבר כשהוא מבקש מהגוף להיפטר מחום, ובתכלת כשהוא מבקש לשמור אותו.
חם מדי: לפתוח את כלי הדם, ואז להזיע
חום שנוצר בשרירים ובאיברים מגיע אל העור בעיקר בדם. כשההיפותלמוס חש שיש יותר מדי חום, הוא מרפה את העורקיקים של העור, העורקים הקטנים שמזינים אותו, והם מתרחבים. זו הרחבת כלי דם. דם שזרם בעור בטפטוף של כ־0.3 ליטר בדקה יכול לשטוף אותו בכמה ליטרים בדקה, חלק גדול מכל מה שהלב שואב (ראו מחזור הדם). העור מתחמם ומאדים, ויותר חום עובר דרכו אל האוויר.
כשזה לא מספיק, הגוף מזיע. כשניים עד ארבעה מיליון בלוטות זיעה שוכבות מפותלות בעומק העור, כל אחת צינור סבוך שצינורית עולה ממנו בספירלה אל נקבובית. הן שואבות מים ומלח מהדם שסביבן, וכשהזיעה עולה בצינורית, חלק גדול מהמלח נלקח בחזרה לפני שהמים מגיעים אל פני העור. מה שחשוב הוא לא לייצר זיעה אלא לאדות אותה: זיעה שנוטפת מהעור כמעט לא לוקחת איתה חום.
נסו: העלו את טמפרטורת האוויר עד 35 °C, ואז עד 43 °C. כלי הדם מתרחבים והזיעה מופיעה, ומאזן החום מראה שהזיעה עושה כמעט את כל העבודה בזמן שהאוויר מכניס חום. אחר כך לחצו על ריצה מאומצת כשהאוויר ב־25 °C: הליבה מתייצבת ליד 38.5 °C, הזיעה זורמת בכליטר בשעה והדם שוטף את העור בחמישה ליטרים בדקה.
גוף עובד מחזיק את עצמו קצת חם בכוונה. במאמץ הליבה עולה במעלה בערך ונשארת שם, וזה מה ששומר על זיעה וזרימת דם גבוהות מספיק כדי להתאים לחום שהשרירים מייצרים.
קר מדי: לסגור את כלי הדם, ואז לרעוד
בקור ההיפותלמוס עושה את ההפך. עצבים אומרים לעורקיקים של העור להתהדק, כיווץ כלי דם, והדם החם נשמר בעומק. העור, בעיקר של הידיים, כפות הרגליים, האף והאוזניים, מתקרר ומחוויר או מכחיל. העור והשומן שמתחתיו הופכים לשכבת בידוד סביב הליבה. הוורידים העמוקים בזרועות וברגליים עוברים גם הם לצד העורקים, כך שדם חם שיוצא מוסר את חומו לדם הקר שחוזר.
לכל שערה יש שריר זוקף זעיר שמושך אותה למעלה ומעלה עור ברווז. אצל בעל חיים פרוותי זה מעבה את הפרווה ולוכד בה יותר אוויר שקט; אצל אדם, עם מעט שיער, זה כמעט לא עוזר, שארית מאבות קדמונים עם פרווה.
אם הליבה בכל זאת מתקררת, השרירים רועדים: הם מתכווצים בפרצים קטנים ומהירים שלא עושים עבודה מועילה והופכים את הדלק שלהם ישר לחום, ומעלים את תפוקת החום של הגוף לפי שניים עד שלושה מקצב המנוחה במשך שעות, ויותר בפרצים קצרים. תינוקות, שלא יודעים לרעוד היטב, שורפים שומן חום, רקמה עמוסה במיטוכונדריות שמייצרת חום ישירות.
נסו: הורידו את טמפרטורת האוויר ל־16 °C, ואז ל־−10 °C, והעבירו את התקרבות לעור אל העור מקרוב. העורקיק מתכווץ, מעט תאי דם זוחלים דרך לולאות הנימים, השערות נזקפות על עור ברווז והשרירים רועדים. ב־−10 °C הרעד במלוא הכוח, והתרשים מראה שהליבה עדיין מפסידה לאט.
כשהלולאה מוצפת
לכל מבצע יש גבול. זרימת הדם בעור לא יכולה לעלות בלי סוף, אדם יכול להזיע לכל היותר כשני ליטרים בשעה, וכמה מזה מתאדה תלוי באוויר: אוויר חם ולח יכול לקלוט עוד מעט מאוד אדים, ולכן הזיעה נוטפת. אז החום נכנס מהר יותר משהוא יוצא והליבה מטפסת. מעל כ־40 °C המוח עצמו מתחיל לכשול, ההזעה עלולה להיפסק, ומכת חום הורגת אם לא מקררים את הגוף מהר. תינוקות, קשישים ואנשים שעובדים קשה בחום לח בסכנה הגדולה ביותר.
בקור, כשהעור כבר קר ככל שאפשר בבטחה והרעד במלוא הכוח, הליבה יורדת. מתחת ל־35 °C זו היפותרמיה: קודם גמלוניות ובלבול, אחר כך הרעד נפסק, קצב הלב משתבש והאדם שוקע לחוסר הכרה.
נסו: לחצו על ריצה מאומצת והעלו את טמפרטורת האוויר עד 43 °C. כלי הדם פתוחים לגמרי, הזיעה נוטפת בלי להתאדות, והליבה עוברת את 40 °C בתוך השעה. אחר כך העבירו את תרמוסטט לכבוי: בלי הזעה, בלי רעד ובלי שינוי בזרימת הדם, אפילו הליכה בחדר נעים מעלה את הליבה, ועמידה במקום בלילה קפוא מורידה אותה מתחת ל־35 °C, אל ההיפותרמיה.
חום גוף: להעלות את התרמוסטט
חום גבוה במחלה הוא לא תרמוסטט מקולקל אלא תרמוסטט שכוון מחדש. כשמערכת החיסון נלחמת בזיהום, היא משחררת אותות כימיים שמגיעים להיפותלמוס ומעלים את נקודת הקביעה שלו במעלה עד שלוש מעלות. הגוף ב־37 °C מרגיש עכשיו קר מדי: כלי הדם בעור נסגרים, קר לכם ואתם רועדים מתחת לשמיכות, והליבה מטפסת עד שהיא מגיעה לנקודת הקביעה החדשה. כשהחום יורד, נקודת הקביעה חוזרת למקומה, והגוף, שעכשיו חם מדי בשבילה, מסמיק ומזיע. נראה שחום מתון עוזר להגנות הגוף, מאט כמה חיידקים ומזרז תאי חיסון.
דברים אחרים שהגוף מחזיק יציבים
אותו דפוס, חיישן, מרכז בקרה ומבצעים שמושכים נגד כל שינוי, עובר בכל הגוף.
הסוכר בדם נשמר ליד 5 מילימול לליטר בידי האינסולין והגלוקגון מהלבלב, כפי שהורמונים והמערכת האנדוקרינית מראה. מים ומלח נמצאים גם הם תחת עינו של ההיפותלמוס. כשהזעה או ארוחה מלוחה הופכות את הדם למרוכז מדי, הוא גורם לכם לצמא ואומר ליותרת המוח לשחרר הורמון נוגד השתנה, שגורם לכליות להחזיר יותר מים ולהוציא פחות שתן, כהה יותר; מים נעים בין הדם לתאים באוסמוזה, ולכן תאים מתכווצים או מתנפחים אם האיזון אובד. הפחמן הדו־חמצני נחוש בגזע המוח, שמאיץ או מאט את הנשימה כדי לשמור על החומציות של הדם יציבה.
לא כל לולאה בגוף עובדת כך. כמה משתמשות במשוב חיובי, שבו שינוי מייצר עוד ממנו: קריש דם אוסף עוד גורמי קרישה ככל שהוא גדל, וצירי לידה דוחפים את התינוק למטה, וזה מעורר צירים חזקים יותר. משוב חיובי מביא משהו עד הסוף; משוב שלילי מחזיק אותו יציב.
מה המודל הזה משאיר בחוץ
הגוף בסצנה הוא שני תאים, ליבה ועור, כמו במודלים הקלאסיים של שני צמתים לוויסות החום באדם. הליבה מחזיקה 90% מקיבול החום של הגוף ומייצרת את כל החום שלו; העור מאבד חום לאוויר שקט בלחות של 40% דרך חולצת טריקו ומכנסיים קצרים. שלוש התשובות של ההיפותלמוס, זרימת הדם בעור, ההזעה והרעד, פועלות לפי כללים פשוטים עם ערכים עגולים מספרי הלימוד, שנבחרו כך שאדם שעומד בחדר של 26 °C יושב על 37 °C וריצה מאומצת מתייצבת ליד 38.5 °C. האדם תמיד נכנס מחדר נעים ונשאר שעה, ולכן התרשים מראה כמה הליבה זזה בזמן הזה, ולא היכן היא הייתה מגיעה אחרי יום.
גופים אמיתיים שונים מאוד זה מזה. אדם גדול או מרופד מאבד חום לאט יותר מאדם קטן ורזה; מי שמורגל לחום מזיע מוקדם יותר ויותר; אנשים מבוגרים מזיעים ורועדים פחות. רוח, שמש, בגדים רטובים ולחות משנים את איבוד החום לא פחות מטמפרטורת האוויר, והמודל משאיר בחוץ את השומן החום, את חילוף החום בזרם נגדי בגפיים, את הירידה האיטית בטמפרטורה בלילה ואת ההתנהגות של הגוף עצמו, כמו להוריד שכבה או לעבור לצל. כיבוי התרמוסטט הוא ניסוי מחשבתי: אף אדם חי לא יכול לעשות את זה, אף שכמה תרופות, פגיעות במוח וגיל מבוגר מחלישים את הלולאה.
האדם בנוי לפי מבוגר אמיתי, וצעדי ההליכה והריצה שלו לקוחים מהתצלומים של אדוארד מייברידג’ של אדם בתנועה; האדמומיות, הזיעה והרעד על העור מוגדלים מהמציאות כדי שייראו מרחוק. פיסת העור מוגדלת פי מאה בערך, תאי הדם, הנימים והעצבים שבה מצוירים עבים בהרבה מבמציאות, והנקודות בצבע ענבר של החום והנקודות הלבנות של האדים הן סמלים: החום זורם מכל העור בבת אחת, ואדי מים אינם נראים.