2. Фізіологічні механізми посилення тепловіддачі в умовах підвищених температури і вологості повітря

В умовах підвищення температури і вологості повітря посилення тепловіддачі здійснюється двома основними фізіологічними механізмами: 1) посиленням шкірного кровотоку, що збільшує перенесення тепла від ядра до поверхні тіла і забезпечує постачання потових залоз водою, і 2) посиленням потовиділення .

Шкірний кровообіг і температура шкіри. Температура шкіри лінійно пов'язана з величиною шкірного кровотоку. Посилений кровотік в шкірі підвищує її температуру, і якщо температура навколишнього середовища нижча, ніж температура шкіри, то підвищуються втрати тепла проведенням з конвекцією і радіацією. Підвищення, шкірної температури зменшує також вплив зовнішньої радіації на тіло.

Шкірний кровообіг у дорослої людини при комфортних умовах зовнішнього середовища становить в спокої близько 0,16 л/м2/хв, під час роботи - до 1 л/м2/хв, а при дуже високій зовнішній температурі може досягати 2,6 л/м2/хв. Це означає, що в дуже жарких умовах до 20% серцевого викиду може направлятися в шкірну судинну мережу для запобігання перегрівання тіла. В комфортних умовах при такій же роботі ця частка серцевого викиду досягає лише 5%. Потужність навантаження практично не впливає на температуру шкіри. Середня температура шкіри при роботі на велоергометрі (у приміщенні) є лінійна функція зовнішньої температури (в межах від 5 до 35 °).

Рух повітря підсилює віддачу тепла конвекцією і випаровуванням. Завдяки посиленій конвекції повітря при їзді на велосипеді середня температура шкіри значно нижча, а тепловіддача вища, ніж при бігу.

Швидкість потоутворення і потовиділення залежить від цілого ряду чинників. Головними з них є швидкість енергопродукції і фізичні умови навколишнього середовища (температура і вологість повітря). Чим більше потужність виконуваної роботи, тим вище швидкість потовиділення. Висока вологість повітря навіть при відносно невисокій його температурі утрудняє випаровування поту: посилюється потоутворення без ефективного потовипаровування . В умовах спокою при температурі повітря 43 ° секреція поту збільшується більш ніж в 3 рази, якщо відносна вологість повітря підвищується з 30 до 84%. Під час неважкої роботи підвищення вологості повітря з 30 до 57% майже подвоює швидкість потоутворення .

При інтенсивній спортивній діяльності швидкість потовиділення дуже велика. Наприклад, під час марафонського бігу при невеликій відносній вологості повітря швидкість потовиділення у тренованого спортсмена досягає 20-25 мл / хв (1200-1500 мл / год).

По мірі перебування в жарких умовах відбувається поступове зниження швидкості ("стомлення") потоутворення . Це спостерігається навіть у тих випадках, коли втрати води потім повністю відшкодовуються випитою водою. Зниження швидкості потоутворення більш виражено в умовах підвищеної вологості повітря, ніж при жаркому сухому повітрі. Природа такого, "стомлення" процесу потоутворення поки не з'ясована. Слід зазначити, що при однакових фізичних навантаженнях і зовнішній температурі потовиділення у жінок менше, ніж у чоловіків.

Водно-сольовий баланс. Одним з найтяжчих наслідків посиленого потовиділення під час м'язової роботи, виконуваної в умовах підвищених температури і вологості повітря, є порушення водно-сольового балансу організму. Воно полягає в швидкій втраті води тілом, тобто в розвитку гострої дегідратації (зневоднення), а також у зміні вмісту у водних просторах тіла ряду електролітів (солей). Дегідратація може бути викликана різними причинами: перебуванням в умовах підвищеної температури зовнішнього середовища (термічна дегідратація), тривалою та інтенсивною м'язовою роботою (робоча дегідратація) і комбінацією цих двох умов. Різні форми дегідратації викликають неоднакові зміни у функціях різних тканин і систем організму.

Підтримання температури тіла в допустимих межах для організму важливіше, ніж збереження води. При тривалій важкій роботі, що супроводжується сильним потовиділенням, може виникати великий дефіцит води в тілі. Наприклад, марафонці під час змагань в жарких умовах можуть втрачати з потом до 6 л води. Навіть при деякому поповненні втрат води прийомом рідин на дистанції вага тіла у марафонців знижується в середньому на 5%, а в граничних випадках - на 8% з втратою 13-14% загальної кількості води.

Людина, яка втратила велику кількість води, нестійка до спеки, її працездатність знижується. Навіть зменшення ваги тіла на 1-2% через втрату води знижує фізичну працездатність, особливо у нетренованого людини. В умовах дегідратації організм гірше регулює температуру тіла, так що при однаковому навантаженні температура тіла у зневоднених людей (втрата 3-4% ваги тіла) вище, ніж у нормально гідратованих. Чим вище ступінь дегідратації, тим більше температура тіла під час роботи. При дегідратації із втратою 3% ваги тіла зменшується активність потових залоз.

В результаті дегідратації зменшується об'єм циркулюючої крові, що призводить до зниження венозного повернення і як наслідок до падіння систолічного об'єму. Іншим наслідком зменшення об'єму плазми є гемоконцентрації з підвищенням показника гематокриту і в'язкості крові, що збільшує навантаження на серце і може знижувати його продуктивність. Одним з важких наслідків великої втрати води тілом є зменшення обсягу міжклітинної (тканинної) і внутрішньоклітинної рідин. Це, зокрема, відноситься до скелетних і серцевого м'язів, скорочувальна здатність яких в умовах дегідратації може значно знижуватися.

Фізіологічні механізми, які контролюють підтримку нормального водно-сольового балансу у всьому тілі і його водних просторах, різноманітні. Зменшення вмісту води в плазмі підвищує в ній концентрацію електролітів та інших речовин, що веде до підвищення осмотичного тиску плазми. В результаті частина рідини переміщується з міжклітинних (тканинних) просторів в судини, заповнюючи плазмовтрати. По мірі розвитку термічної дегідратації (на відміну від робочої) об'єм плазми безперервно зменшується.

Інший механізм заповнення втрати плазми пов'язаний з посиленням шкірного кровотоку, що призводить до інтенсивної фільтрації рідини з шкірних капілярів в позасудинний (тканинний) простір шкіри, що викликає вимивання білка в лімфлоток, а потім у кровоносну систему. Це в свою чергу збільшує її онкотичний тиск, що викликає посилення адсорбції води в кровоносні капіляри з міжклітинних (позасудинних) водних просторів, що приводить до збільшення об'єму плазми.

Під час виконання м'язової роботи зменшується нирковий кровообіг. Паралельно, хоча і в меншій мірі, падає швидкість фільтрації води в ниркових клубочках, тобто знижується швидкість утворення сечі.

Важливим додатковим джерелом потовиділення під час м'язової роботи служить вода, пов'язана з глікогеном - "ендогенна" вода, яка звільняється при розщепленні глікогену. З кожним грамом глікогену пов'язано 2,7 г води. Таким чином, глікогеноліз є не тільки джерелом енергії для м'язів, що скорочуються, але і додатковим джерелом води для працюючого організму.

При втраті води з потом організм втрачає і деякі мінеральні речовини (солі). У порівнянні з іншими рідинами піт є сильно розбавленим водним розчином. Концентрація в ньому іонів натрію і хлору становить приблизно 1/3 їх концентрації в плазмі і 1/5 в м'язах. Таким чином, піт - це гіпотонічний розчин в порівнянні з плазмою крові. Іонна концентрація поту сильно варіює у різних людей і дуже залежить від швидкості потовиділення і стану теплової акліматизації. Спортсмен втрачає з потом головним чином іони натрію і хлору, тобто ті іони, які знаходяться в основному в рідині позаклітинних просторів - плазмі та тканинної рідини. Втрати іонів калію і магнію, пов'язаних з внутрішньоклітинним водним простором, значно менше.

Слід, однак, мати на увазі, що з потом уходить відносно більше води, ніж електролітів (солей). Тому при загальному зниженні вмісту електролітів їх концентрація в рідинах тіла підвищується. Отже, під час тривалого сильного потовиділення потреба організму в заміщенні води більше, ніж у негайному відновленні електролітів.

Втрати електролітів з сечею під час м'язової роботи зазвичай дуже незначні, оскільки утворення сечі в цей період зменшено, а реабсорбція натрію в ниркових канальцях посилена, що забезпечує затримку екскреції іонів натрію з сечею.

Система кровообігу. У людини, що знаходиться в стані спокою в умовах прямого нагрівання тіла при високій температурі повітря (наприклад, в жаркий день на сонці), посилюється шкірний кровообіг, збільшується серцевий викид за рахунок підвищення ЧСС. Систолічний об'єм при цьому практично не змінюється. Загальний периферичний судинний опір і артеріальний (систолічний) тиск знижуються. Так, перебування у фінській лазні (сауні), де сухе жарке повітря, викликає збільшення серцевого викиду приблизно на 70% і ЧСС більш ніж на 60%.

Надмірний серцевий викид направляється в шкірні судини для посилення тепловіддачі. Крім того, шкірний кровотік збільшується за рахунок додаткового перерозподілу серцевого викиду - зменшення кровотоку через органи черевної порожнини і (меншою мірою) через м'язи. Черевний і нирковий кровотоки зменшуються прямо пропорційно підвищенню температури шкіри.

Зниження працездатності в жарких умовах головним чином пов'язано з погіршенням кровопостачання працюючих м'язів. Погіршення м'язового кровотоку є наслідком двох основних причин:

- Збільшується частка серцевого викиду, що спрямовується до шкірних судин для посиленої тепловіддачі;

- По мірі розвитку дегідратації зменшується серцевий викид у результаті зменшення об'єму систоли, викликаного падінням венозного повернення через зниження загального та центрального обсягів циркулюючої крові .

Максимально можлива об'ємна швидкість шкірного кровотоку - 7-8 л / хв. Тим не менше, під час роботи навіть при дуже високій температурі повітря шкірний кровообіг, імовірно, не перевищує 3-4 л / хв. Отже, навіть у цих умовах шкірні судини дещо звужені (стан активного судинного тонусу). Поступово по мірі продовження роботи шкірні судини розширюються через зниження судинного тонусу. В результаті ще більша кількість крові направляється в шкірну судинну мережу, а кровопостачання працюючих м'язів ще більше погіршується.

Розширення шкірних судин при незмінному серцевому викиді веде до падіння артеріального тиску, яке поступово знижується, аж до рівня, що викликає судинний колапс (непритомність). Особливо різко АТ падає через зниження серцевого викиду. Це відбувається, коли ЧСС досягає максимально можливого для даної людини рівня, а систолічний об'єм продовжує зменшуватися.

Оскільки при роботі в жарких умовах різко зменшується черевний кровотік, створюються додаткові труднощі для організму, пов'язані з недостатнім кровопостачанням органів черевної порожнини, і насамперед печінки. Робота при високій температурі повітря викликає і посилене зниження ниркового кровотоку.