16. Пояснити процеси терморегуляції організму в спокої та при м'язовій роботі.

В процессе химических реакций, связанных с обменом веществ, в организме образуется тепло. Оно либо отдается в окружающую среду, либо запасается в теле. В последнем случае повышается внутренняя температура тела. У относительно небольшого числа видов животных, включая млекопитающих, внутренняя температура тела поддерживается в до­вольно узких пределах при самых различных внешних условиях. Такие животные называются гомойотермными или теплокровны­ми. К ним относится и человек.

Температура тела влияет: на клеточные структуры, физические процессы, происходящие в организме и, что особенно важно, на многочисленные химические, метаболические реакции.

Скорость боль­шинства метаболических процессов, происходящих в организме, регулируется ферментами, активность которых в высокой степени зависит от температуры. Причем нормальная ферментативная акти­вность возможна в довольно узком диапазоне температур тела — между 23 и 42° С.

В этих пределах чем выше температура тела, тем выше скорость метаболических процессов. При более высокой темпера­туре (свыше 42°) или при более низкой температуре (ниже 23°) фер­ментативная активность резко ослабляется или вовсе прекращается, что ведет к остановке обменных реакций и гибели организма.

Человек может переносить отклонения, внутренней температуры тела в обе стороны от нормальной на 4° без нарушений физической и умственной работоспособности: 33°С— нижний предел и 41°С — верхний предел. Преимущество гомойотермного организма человека состоит в относительной стабильности внутренней температуры тела —на уровне около 37°, которая является оптимальной для большинства метаболических реакций.

Температура тела определяется равновесием (балансом) между образованием тепла в организме и его отдачей во внешнюю среду. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ – это совокупность процессов, обеспечива­ющих поддержание стабильной внутренней температуры тела, несмо­тря на значительные колебания внешних условий. Изменение теплопродукции влияет на температуру тела — особенно низкая она в ранние утренние часы, наиболее высокая — в первые вечерние часы. Особенно усиливается теплопродукция при мышечной работе.

Хотя все ткани продуцируют тепло, однако в тех частях тела (тка­нях), в которых происходят наиболее интенсивные химические реакции, образуется больше тепла. В состоянии покоя к таким тканям относятся печень, сердце, головной мозг и большинство эндокринных желез. Поэтому температура этих частей тела может на 1°С и более превы­шать таковую в остальных частях тела. Скорость теплообразования в покоящихся мышцах относительно невелика. Однако поскольку мышечная масса составляет около 40% веса тела, вклад мышц в общую теплопродукцию тела достаточно велик.

В покое теплопродукция распределяется внутри тела примерно следующим образом: мышцы — 20%, печень — 20%, головной мозг — 18%, сердце— 11%, почки— 7%, кожа— 5%, остальные ткани вместе — 19%.

Во время мышечной работы скорость метаболизма, а следовательно, и теплопродукции увеличивается в прямой зависимости от интенсивности выполняемой работы.

Механическая эффекти­вность работы, т. е. отношение полезной, или рабочей, энергии к общему количеству энергии, расходуемой сверх уровня покоя, может колебаться от 0 (при статической работе) до 30% в зависимости от вида работы . Следова­тельно, по крайней мере 70% обра­зующейся при работе энергии превращается в тепло. Темпе­ратура в работающих мышцах при этом может достигать макси­мально 42°С .

ТЕПЛООТДАЧА Отдача тепла телом во внешнюю среду осуществляется различными физическими процессами — проведением, конвекцией, радиацией и ис­парением. Поэтому теплоотдачу называют физической терморегуляцией. Для теплоотдачи проведением, конвекцией и радиацией необходим тепловой градиент — более высокая темпера­тура поверхности тела по сравнению с температурой окружающей среды, а для теплоотдачи испарением — положительный градиент давления водяных паров на поверхности тела и в окружающем воздухе.

Испарением называется процесс превращения жидкости (пота) в газообразное состояние, т. е. в частицы пара, и их удаление с поверхности тела. Тепло, необходимое для этого превращения, берется непосредственно с поверхности тела, что приводит к ее охлаждению и потере тепла телом.Выдыхаемый воздух насыщен водяными парами. Испарение воды с влажных поверхностей дыхательных путей ведет к потере некоторого количества тепла. Оно увеличивается при мышечной работе пропорцио­нально увеличению легочной вентиляции .

Потение, или ощущаемая перспирация. Процесс потения есть результат деятельности специальных потовых желез, и он ощущается по влажности кожи. Поэтому потение иначе называют ощущаемой перспирацией. Потоиспарение служит основным механизмом теплоот­дачи при мышечной работе.

Потовые железы, стимулируемые вегетативной нервной системой и (или) высокой температурой тела, секретируют особую жидкость — пот на поверхность тела. Количество тепла, теряемого телом, зависит от объема испаряемого пота. Например, при мышечной работе скорость потообразования может максимально достигать 2—3 л/час. Если вся вода, содержащаяся в этом объеме пота, испаряется с поверхности тела, теплопотери на потоиспарение составят около 2000 ккал/час (580 ккал/л хЗ л пота/час.).

Вместе с тем потеря тепла при потоотделении происходит только в том случае, если выделяющийся на поверхность кожи пот испаряется, на что затрачивается тепловая энергия тела. Если же пот не испаряется, а только стекает с поверхности кожи, никакого охлаждения тела не происходит. Последнее, например, имеет место при выполнении тяжелой работы с обильным (профузным) выделением пота в условиях высокой относительной влажности воздуха, когда испарение воды с поверхности тела резко ограничено. В этом случае возможно опасное перегревание организма.

Химический состав пота. Пот представляет собой в основном слабый раствор хлористого натрия. Концентрация последнего в пото­вой жидкости около 300 мг%. Кроме того, пот содержит следующие вещества: мочевину (21 мг%), глюкозу (20 мг%), аминокислоты(6,5 мг%), аммоний (6 мг%), малые количества молочной кислоты. рН пота варьирует от 4,2 до 7,0, средняя величина — около 6,0. Удельный вес пота колеблется от 1,001 до 1,006.

По отношению к крови пот является гипотоническим раствором, так как содержание солей в нем меньше, чем в плазме крови. Поэтому при потоотделении работающий человек теряет относительно больше воды, чем солей. В результате потери воды с потом межклеточная, тканевая, жидкость может стать гипертоничной по отношению к внутриклеточной жидкости. Вследствие этого вода из клеток выходит в межклеточные пространства, что приводит к потере внутриклеточной жидкости. Кроме того, вода начинает поступать в тканевую жидкость из крови, в результате чего объем циркулирующей плазмы (крови) уменьшается, а концентрация электролитов в оставшемся объеме крови повышается.

Поэтому если человек выполняет длительную напряженную мышечную работу (особенно в жарких условиях) и теряет с потом большое количество воды, не возмещая эти потери (питьем), его работоспособность снижается. В особых случаях может наступить критичное для организма состояние сильной дегидратации (обезвоживания). Чтобы сохранить объем циркулирующей крови и предотвратить развитие сильной дегидратации, образование пота в потовых железах замедляется, что ведет к резкому повышению внутренней температуры тела (в предельных случаях до 42°С).

Обильное и длительное потоотделение может в конце концов приводить к значительным потерям солей, особенно поваренной соли (NаС1), что нарушает солевой баланс организма и может вызвать серьезные последствия (судороги, потеря сознания и т. п.).

Теплоотдача во внешнюю среду осуществляется путем последова­тельной передачи тепла от мест его образования в глубоких частях тела к его поверхности (коже) или к эпителиальному слою воздухоносных дыхательных путей и далее во внешнюю среду. Эта передача тепла внутри тела осуществляется путем проведения и циркуляторной конвекции.

Проведение обеспечивает передачу тепла через контактирующие друг с другом ткани тела вдоль температурного градиента — от более глубоких частей тела к его поверхности. Ткани тела — плохие проводники тепла, поэтому необходим очень большой температурный градиент, для того чтобы удалять тепло образующееся в результате метаболических реакций в глубоких частях тела.

Основной путь передачи тепла внутри тела связан с движением жидкостей, и главным образом с циркуляцией крови в теле — циркуляторной конвекцией. Кровь имеет высокую теплоемкость — 0,92 ккал/л/ºС, благодаря чему она может переносить большие количества тепла.

Кровообращение обеспечивает:

1) более равномерное распределение тепла внутри тела,

2) регуляцию степени тепловой изоляции тела

3) эффективную теплоотдачу различными частями тела.

Кровообращение способствует охлаждению или нагреванию разли­чных тканей и переносу избыточного тепла от внутренних частей тела к его поверхности, т. е. к коже.

РЕГУЛЯЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА

Систему терморегуляции чаще всего рассматривают как систему, контролирующую необходимый, или установочный, тем­пературный уровень.

Эта система содержит три основ­ных звена:

1) терморецепторы, которые воспринимают существую­щую (контролируемую) температуру тела,

2) нервные центры (глав­ный из них—гипоталамический терморегуляторный центр), которые координируют поступающую от рецепторов информацию и вызывают регулирующую активность соответствующих исполнительных (эффекторных) механизмов

3) эффекторные (исполнительные) — вазомо­торные, потоотделительные и метаболические, которые способны изменять центральную температуру.

Терморегуляторная система является системой с отрицательной обратной связью: отклонение от установочной центральной темпера­туры в одном направлении включает механизмы, которые стремятся изменить ее в противоположном направлении. Так, подъем температу­ры ядра тела сверх установочного уровня активирует механизмы теплопотери, в то время как снижение центральной температуры активирует механизмы сохранения тепла и теплопродукции.

Терморецепторы

В теле человека имеется две терморецепторные зоны:

1) в гипоталамусе находятся центральные терморецепторы

2) в коже — периферические терморецепторы. Обе рецепторные зоны содержат два типа рецепторов — тепловые, т. е. чувствительные к теплу, и холодо­вые, т. е. чувствительные к холоду.

Центральными терморецепторами служит группа нейронов, расположенных в самой передней части гипоталамуса (преоптической области). Эти нейроны очень чувствительны к малейшим изменениям температуры артериальной крови, омывающей гипоталамическую область. Даже с увеличением температуры крови менее чем на 0,1—0,2° частота импульсных разрядов большинства центральных терморе­цепторов увеличивается, а при снижении температуры — уменьшается (тепловые рецепторы). Небольшая часть преоптических нейронов увеличивает частоту импульсации при снижении температуры крови (холодовые центральные терморецепторы). Импульсация от централь­ных рецепторов идет к различным другим частям гипоталамуса, регулируя теплопродукцию и теплоотдачу.

Оба типа периферических (кожных) терморецепторов представляют собой свободные нервные окончания, локализованные по всей по­верхности тела, причем холодовых кожных рецепторов относительно больше, чем тепловых. Максимальная устойчивая частота импульсации от тепловых рецепторов достигается при температурах между 38 и 43° С, от холодовых рецепторов — между 15 и 34° С. При температуре свыше 45°С холодовые рецепторы вновь активируются. (Этим можно объяснить парадоксальные ощущения холода в первый момент контакта с горячей водой). Кожные терморецепторы регистрируют не только изменения температуры, но и поддерживаемый уровень температуры, особенно если кожная температура ниже 32 С (холодо­вые рецепторы) или выше 37°С (тепловые рецепторы).

Центральные и периферические терморецепторы связаны как с терморегуляторным центром в гипоталамусе, так и с корой больших полушарий головного мозга. Последняя связь обеспечивает осознавае­мые ощущения тепла или холода, которые могут влиять на произвольное поведение человека (выбор одежды, регуляцию темпера­туры помещения, осуществление или прекращение мышечной дея­тельности и т. д.). Регуляция температуры тела, связанная с рефлек­торными влияниями от рецепторов на гипоталамус, является непроизвольной.

В целом гипоталамус можно разделить на две большие части — переднюю и заднюю.

Передняя часть гипоталамуса служит центром регуляции теплоотдачи, так как при ее стимуляции усиливается отдача тепла телом. Задняя часть гипоталамуса — центр регуляции теплопро­дукции. При ее стимуляции теплопродукция увеличивается. Передняя часть гипоталамуса связана главным образом с парасимпатическим отделом. Задняя часть гипоталамуса— с симпатическим отделом вегетативной нервной системы.

Хотя гипоталамус служит основным регулятором температуры тела, импульсные сигналы, идущие к нему от кожных терморецепторов, могут влиять на его установочный температурный уровень. В этом отношении холод действует главным образом на периферию, стимули­руя холодовые рецепторы, которые посылают сигналы в ц.н.с. Эти афферентные сигналы от холодовых рецепторов повышают устано­вочный температурный уровень. При этом реальная температура гипоталамического центра становится ниже этого уровня, что ведет к включению механизмов, предотвращающих потери тепла.

Тепло оказывает главным образом прямое влияние на терморегуля­торный центр, но сигналы от периферических тепловых терморецепто­ров в коже могут изменять терморегуляторный ответ организма. Так, при нагревании кожи горячим воздухом установочный температурный уровень падает ниже реальной температуры гипоталамуса, что включает механизмы, способствующие теплоотдаче.

Таким образом, усиленная теплопродукция (усиленный метаболизм) возникает главным образом в ответ на сигналы от периферических (кожных) холодовых терморецепторов. Усиленная теплоотдача (пото­отделение, повышенная тепловая проводимость кожи) в значительной мере является ответной реакцией на прямое восприятие тепла центральными (гипоталамическими) терморецепторами.

Рефлекторная регуляция установочного температурного уровня играет важную роль, помогая организму адаптироваться к очень сильным изменениям внешней температуры. Без такой регуляции резкие изменения внешней температуры могли бы сильно изменять внутреннюю температуру тела, прежде чем начнет реагировать гипоталамический терморегуляторный центр. Температурные сигналы от кожных терморецепторов включают гипоталамические реакции еще до начала значительного изменения внутренней температуры тела, таким образом помогая поддерживать довольно постоянную темпера­туру ядра тела.

Особенности терморегуляции при мышечной работе

Если в условиях покоя терморегуляторная система обеспечивает поддержание относительно постоянной температуры тела при самых разных внешних условиях, то во время мышечной работы температура ядра тела повышается.

Температуры оболочки (кожи) и ядра (гипоталамуса) могут независимо влиять на скорость потоотделения при мышечной работе. Так, например, локальное нагревание кожи снижает пороговую температуру ядра тела, при которой начинается активное потоотделение, а локальное охлаждение кожи оказывает противоположное действие.

О тяжести (мощности) выполняемой работы терморегуляторный центр может информироваться с помощью нескольких нервных механизмов — афферентной импульсации от механорецепторов двига­тельного аппарата, иррадиации корковых моторных импульсов к терморегуляторному центру и др. Влияние этих «нейрогенных факторов» в регуляции температуры тела, вероятно, проявляется лишь в начале работы и незначительно в процессе выполнения работы. В регуляции температуры тела (определении установочного температурного уровня для гипоталамического центра) важную роль, по-видимому, играет «химический фактор», действующий во время работы пропорцио­нально скорости аэробных метаболических процессов.

17. Розкрити поняття «Фізіологічні резерви організму» та надати їх класифікацію.

Учение о физиологических резервах представляет одну из важнейших основ физиологии спорта, так как позволяет правильно оценивать и решать задачи по сохранению здоровья и повышению тренированности спортсме­нов. Представление о резервных возможностях организма связаны с фи­зиологическим учением К. Бернара, П. Бэра, У. Кеннона о сохранении гомеостаза при действии на организм различных неблагоприятных факторов за счет усиления функций жизненно важных органов и систем с использо­ванием их резервов.

В настоящее время под физиологическими резервами организма понимается выработанная в процессе эволюции адаптацион­ная и компенсаторная способность органа, системы и организма в це­лом усиливать во много раз интенсивность своей деятельности по сравнению с состоянием относительного покоя. Физиологические резервы, по мнению автора, обеспечиваются определен­ными анатомо-физиологическими и функциональными особенностями строения и деятельности организма, а именно наличием парных органов, обеспечивающих замещение нарушенных функций (анализаторы, железы внутренней секреции, почки и др.); значительным усилением деятельности сердца, увеличением общей интенсивности кровотока, легочной вентиля­ции и усилением деятельности других органов и систем; высокой резистентностью клеток и тканей организма к различным внешним воздействи­ям и внутренним изменениям условий их функционирования.

В качестве примера проявления физиологических резервов можно ука­зать на то, что во время тяжелой физической нагрузки минутный объем крови у хорошо тренированного человека может достигать 40 л. т. е. уве­личиваться в 8 раз, легочная вентиляция при этом возрастает в 10 раз, обу­славливая увеличение потребления кислорода и выделение углекислого га­за в 15 раз и более. В этих условиях работа сердца человека, как показыва­ют расчеты, возрастает в 10 раз.

Все резервные возможности организма делят на две группы: социальные резервы (психологические и спортивно-технические) и биологические резервы (структурные, био­химические и физиологические). Морфофункциональной основой физио­логических резервов являются органы, системы организма и механизмы их регуляции, обеспечивающие переработку информации, поддержание гомеостаза и координацию двигательных и вегетативных актов.

Физиологические резервы, по мнению автора, включаются не все сразу, а поочередно. Первая очередь резервов реализуется при работе до 30% от абсолютных возможностей организма и включает переход от состояния покоя к повседневной деятельности. Механизм этого процесса - условные и безусловные рефлексы. Вторая очередь включения осуществляется при напряженной деятельности, нередко в экстремальных условиях при работе от 30% до 65% от максимальных возможностей (тренировки, соревнова­ния). При этом включение резервов происходит благодаря нейрогуморальным влияниям, а также волевым усилиям и эмоциям. Резервы третьей очереди включаются обычно в борьбе за жизнь, часто после потери созна­ния, в агонии. Включение резервов этой очереди обеспечивается, по-видимому, безусловно-рефлекторным путем и обратной гуморальной свя­зью.

Во время соревнований или работы в экстремальных условиях диапазон физиологических резервов снижается, поэтому основная задача состоит в его повышении. Оно может достигаться закаливанием организма, общей и специально направленной физической тренировкой, использованием фар­макологических средств и адаптогенов. При этом тренировки восстанав­ливают и закрепляют физиологические резервы организма, ведут к их расширению. Еще в 1890 г. И. П. Павлов указывал, что израсходованные ресурсы организма восстанавливаются не только до исходного уровня, но и с некоторым избытком (феномен избыточной компенсации). Биологиче­ский смысл этого феномена огромен Повторные нагрузки, приводящие к суперкомпенсации, обеспечивают повышение рабочих возможностей организма. В этом и состоит главный эффект систематических тренировок. Под влиянием тренирующих воздействий спортсмен в процессе восстанов­ления становится сильнее, быстрее и выносливее, т. е. в конечном итоге расширяются его физиологические резервы.