Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физические средства восстановления в спорте. Учебное пособие
.pdf
температуры тела у человека может сохраняться при условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма. Это достигается с помощью физиологических механизмов терморегуляции.
Терморегуляция проявляется в форме взаимосочетания процессов теплообразования и теплоотдачи, регулируемых нейроэндокринными механизмами.
Характеристика физической
и химической терморегуляции
Химическая терморегуляция осуществляется путем изменения уровня теплообразования, т. е. усиления или ослабления интенсивности обмена веществ в клетках организма (термогенез): базальный и регуляторный; сократительный (мышечная дрожь, мышечный тонус, произвольные сокращения), несократительный (активация окисления, разобщение окисления и фосфорилирования).
Физическая терморегуляция осуществляется путем изменения интенсивности отдачи тепла. Теплоотдача: влажная (испарение): ощутимая, неощутимая; сухая: теплоизлучение, теплопроведение, конвекция (естественная, форсированная).
Виды теплоотдачи, физиологические основы потоотделения:
– теплоизлучение – радиационная теплоотдача (66 %);
– конвекция – движения и перемещения нагреваемого теплом
воздуха (15 %);
– испарение воды с поверхности кожи (потоотделение) и легких (19 %);
– теплопроведение – отдача тепла веществам, непосредственно соприкасающимся с поверхностью тела (имеет небольшое
значение, так как воздух и одежда являются плохими проводниками тепла).
Испарение воды зависит от относительной влажности окружающего воздуха. В насыщенном водяными парами воздухе вода
испаряться не может. Поэтому при высокой влажности атмосферного воздуха высокая температура переносится тяжелее. В насыщенном водяными парами воздухе пот выделяется в большом ко-
41
личестве, но не испаряется, а стекает с кожи. Такое потоотделение
не способствует отдаче тепла: только та часть пота, которая испаряется с поверхности кожи, имеет значение для теплоотдачи (эта
часть пота составляет эффективное потоотделение).
Переохлаждение тела называется гипотермией, перегревание –
гипертермией.
Гипотермия – состояние, при котором температура тела
опускается ниже 35 °С. Быстрее всего гипотермия возникает при
погружении в холодную воду. При этом вначале наблюдается возбуждение симпатического отдела вегетативной нервной системы,
рефлекторно ограничивается теплоотдача и усиливается теплопродукция. Через некоторое время температура тела начинает снижаться, затем исчезает чувствительность, понижается интенсивность обмена веществ, замедляется дыхание, урежаются сердечные
сокращения.
Искусственно создаваемая гипотермия с охлаждением тела
до 24–28 °С применяется в хирургических клиниках, осуществляющих операции на сердце и ЦНС. Гипотермия значительно снижает
обмен веществ головного мозга, а, следовательно, потребность в кислороде. Гипотермию прекращают путем быстрого согревания тела.
Гипертермия – состояние, при котором температура тела
поднимается выше 37 C. Возникает при продолжительном действии высокой температуры окружающей среды, особенно при
влажном воздухе, под влиянием некоторых эндогенных факторов,
усиливающих в организме теплообразование (например, при приеме тироксина и др.). Резкая гипертермия, при которой температура
тела достигает 40–41 °C, сопровождается тяжелым общим состоянием организма и носит название теплового удара.
Центры регуляции теплообмена
Терморегуляция осуществляется рефлекторно. Колебания
температуры окружающей среды воспринимаются терморецепторами. В большом количестве терморецепторы располагаются в коже, в слизистой оболочке полости рта, верхних дыхательных путях.
42
Также терморецепторы имеются во внутренних органах, венах, а
также в некоторых образованиях центральной нервной системы.
Терморецепторы кожи очень чувствительны к колебаниям
температуры окружающей среды. Они возбуждаются при повышении температуры среды на 0,007 °C и понижении на 0,012 °С.
Нервные импульсы, возникающие в терморецепторах, по афферентным нервным волокнам поступают в спинной мозг. По проводящим путям они достигают зрительных бугров, а от них идут в
гипоталамическую область и к коре большого мозга. В результате
возникают ощущения тепла или холода.
В спинном мозге находятся центры некоторых терморегуляторных рефлексов. Гипоталамус является основным рефлекторным центром терморегуляции. Передние отделы гипоталамуса контролируют
механизмы физической терморегуляции, т.е. они являются центром
теплоотдачи. Задние отделы гипоталамуса контролируют химическую
терморегуляцию и являются центром теплообразования.
Важная роль в регуляции температуры тела принадлежит коре головного мозга. Эфферентными нервами центра терморегуляции являются главным образом симпатические волокна.
В регуляции теплообмена участвует и гормональный механизм, в частности, гормоны щитовидной железы и надпочечников.
Гормон щитовидной железы тироксин, повышая обмен веществ в
организме, увеличивает теплообразование. Поступление тироксина
в кровь возрастает при охлаждении организма. Гормон надпочечников адреналин усиливает окислительные процессы, увеличивая
тем самым теплообразование. Кроме того, под действием адреналина происходит сужение сосудов, в частности сосудов кожи, за
счет этого уменьшается теплоотдача.
При понижении температуры окружающей среды происходит рефлекторное возбуждение гипоталамуса. Повышение его активности стимулирует гипофиз, результатом чего является усиленное выделение тиреотропного (ТТГ) и адренокортикотропного
(АКТГ) гормонов, повышающих активность щитовидной железы и
43
надпочечников. Гормоны данных желез стимулируют теплопродукцию.
Таким образом, при охлаждении включаются защитные механизмы организма, повышающие обмен веществ, теплообразование и уменьшающие теплоотдачу.
Процессы теплопродукции. Во всех органах вследствие
процессов обмена веществ отмечается теплопродукция. Поэтому
кровь, которая оттекает от органов, как правило, имеет более высокую температуру, чем притекающая. Но роль различных органов в
теплопродукции разная. В состоянии покоя на печень приходится
около 20 % общей теплопродукции, на другие внутренние органы –
56 %, на скелетные мышцы – 20 %, при физической нагрузке доля
скелетных мышц в теплопродукции возрастает до 90 %, на внутренние органы приходится при этом только 8 %.
Таким образом, мощным резервным источником теплопродукции являются мышцы при их сокращении. Изменение активности их метаболизма при локомоциях – основной механизм теплопродукции. Среди различных локомоций можно выделить несколько этапов участия мышц в теплопродукции.
1. Терморегуляционный тонус. При этом мышцы не сокращаются. Повышаются только их тонус и метаболизм. Этот тонус
возникает в мышцах шеи, туловища и конечностей. Вследствие
этого теплопродукция повышается на 50-100 %.
2. Дрожь – возникает неосознанно и заключается в периодической активности высокопороговых двигательных единиц на
фоне терморегуляционныго тонуса. При дрожании вся энергия
направлена лишь на увеличение теплообразования, в то время
как при обычных локомоциях часть энергии расходуется на перемещение соответствующей конечности, а часть – на термогенез. При дрожании теплопродукция повышается в 2-3 раза.
Дрожь начинается часто с мышц шеи, лица. Это объясняется
тем, что прежде всего должна повыситься температура крови,
которая течет к головному мозгу.
44
3. Произвольные сокращения заключаются в сознательном
повышении сокращения мышц. Это наблюдается в условиях низкой внешней температуры, когда первых двух этапов недостаточно.
При произвольных сокращениях теплопродукция может увеличиться в 10–20 раз.
Регуляция теплопродукции в мышцах связана с влиянием
α-мотонейронов на функцию и метаболизм мышц, в других тканях –
симпатической нервной системы и катехоламинов (повышают интенсивность метаболизма на 50 %) и действием гормонов, особенно
тироксина, который повышает теплопродукцию почти вдвое.
Значительная роль в термогенезе принадлежит липидам, которые выделяют при гидролизе значительно больше энергии
(9,3 ккал/г), чем углеводы (4,1 ккал/г). Особое значение, в частности у детей, имеет бурый жир.
Процессы теплоотдачи происходят следующими путями –
радиация, конвекция, испарение и теплопроводность.
Радиация осуществляется с помощью инфракрасного длин-
новолнового излучения. Для этого нужен градиент температур
между теплой кожей и холодными стенами и другими предметами
окружающей среды. Таким образом, величина радиации зависит от
температуры и поверхности кожи.
Теплопроводность осуществляется при непосредственном
контакте тела с предметами (стул, кровать и т. д.). При этом скорость
передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому предмету
определяется температурным градиентом и их теплопроводностью.
Отдача тепла этим путем значительно (в 14 раз) увеличивается при
нахождении человека в воде. Частично путем проведения тепло передается от внутренних органов к поверхности тела. Но этот процесс
тормозится вследствие низкой теплопроводности жира.
Конвекционный путь. Воздух, контактирующий с поверхностью тела, при наличии градиента температур нагревается. При
этом он становится более легким и, поднимаясь от тела, освобождает место для новых порций воздуха. Таким образом, он забирает
45
часть тепла. Интенсивность естественной конвекции может быть увеличена за счет дополнительного движения воздуха, уменьшения препятствий при поступлении его к телу (соответствующей одеждой).
Испарение пота. При комнатной температуре у раздетого человека около 20 % тепла отдается за счет испарения.
Теплопроводность, конвекция и излучение являются пассивными путями теплоотдачи, основанными на законах физики. Они
эффективны только при сохранении положительного температурного градиента. Чем меньше разница температуры между телом и
окружающей средой, тем меньше тепла отдается. При одинаковых
показателях или при высокой температуре окружающей среды
упомянутые пути не только не эффективны, но при этом происходит нагрев тела. В этих условиях в организме срабатывает только
один механизм отдачи тепла, связанный с процессами потоотделения и потоиспарения. Здесь используются как физические закономерности (затраты энергии на процесс испарения), так и биологические (потоотделение). Охлаждению кожи способствует то, что
для испарения 1 мл пота расходуется 0,58 ккал. Если не происходит
испарение пота, то эффективность теплоотдачи резко снижается.
Скорость испарения пота зависит от градиента температуры и
насыщения водяным паром окружающего воздуха. Чем выше
влажность, тем менее эффективным становится этот путь теплоотдачи. Резко уменьшается результативность теплоотдачи при
нахождении в воде или в плотной одежде. При этом организм вынужден компенсировать отсутствие потоиспарения за счет увеличения потоотделения.
Испарение происходит двумя механизмами:
а) перспирация – без участия потовых желез;
б) собственно испарение – при активном участии потовых желез.
Перспирация – испарение воды с поверхности легких, слизи-
стых оболочек, кожи, которая всегда влажная. Это испарение не
регулируется, оно зависит от градиента температур и влажности
46
окружающего воздуха, его величина составляет около 600 мл/сут.
Чем выше влажность, тем менее эффективен этот вид теплоотдачи.
Механизм секреции пота. Потовая железа состоит из двух частей: собственно железы, которая расположена в субдермальном
слое, и выводных протоков, открывающихся на поверхности кожи.
В железе образуется первичный секрет, а в протоках благодаря реабсорбции формируется вторичный секрет – пот.
Первичный секрет подобен плазме крови. Разница заключается в том, что в этом секрете нет белков и глюкозы, меньше Na+.
Так, в первоначальном поте концентрация натрия составляет около
144 нмоль/л, хлора – 104 нмоль/л. Эти ионы активно абсорбируются при прохождении пота по выводным протокам, обеспечивающим абсорбцию воды. Процесс абсорбции во многом зависит от
скорости образования и продвижения пота, чем эти процессы активнее, тем больше Na+ и Сl- остается. При сильном потоотделении пот
может содержать до половины концентрации этих ионов. Сильное
потоотделение сопровождается увеличением концентрации мочевины (до 4 раз выше, чем в плазме) и калия (до 1,2 раза больше, чем в
плазме). Суммарная высокая концентрация ионов, образуя высокий
уровень осмотического давления, обеспечивает снижение реабсорбции и выделение с потом большого количества воды.
При сильном потоотделении может тратиться много NaCl (до
15–30 г/сут). Однако в организме действуют механизмы, обеспечивающие сохранение этих важных ионов при большом потоотделении. Они участвуют в процессах адаптации, в частности альдостерон усиливает реабсорбцию Na+.
Функции потовых желез регулируются особыми механизмами. На их активность влияет симпатическая нервная система, но
медиатором является ацетилхолин. Секреторные клетки, кроме
М-холинорецепторов, имеют также адренорецепторы, которые реагируют на катехоламины крови. Активизация функции потовых желез сопровождается увеличением ее кровоснабжения. Количество
47
выделяемого пота может достигать 1,5 л/ч, а у адаптированных
людей до 3 л/ч.
При комнатной температуре у раздетого человека около 60 %
тепла отдается за счет радиации, около 12–15 % – конвекции воздуха, около 20 % – испарения, 2–5 % – теплопроводности. Но это
соотношение зависит от ряда условий, в частности от температуры
внешней среды.
Главную роль в регуляции процессов теплоотдачи играют
изменения кровоснабжения кожи. Сужение сосудов кожи, открытие артериовенозных анастомозов способствует меньшему притоку
тепла от ядра к оболочке и сохранению его в организме. Напротив,
при расширении сосудов кожи ее температура может повышаться
на 7–8 °С, при этом увеличивается и теплоотдача.
Условно кожу можно назвать радиаторной системой организма. Кровоток в коже может меняться от 0 до 30 % минутного
объема крови. Тонус сосудов кожи контролируется симпатической
нервной системой.
Таким образом, температура тела – баланс между процессами
теплопродукции и теплоотдачи. Когда теплопродукция преобладает над теплоотдачей, температура тела повышается и, наоборот,
если теплоотдача выше, чем теплопродукция, температура организма снижается.
Поддержание теплового баланса организма осуществляется
благодаря строгой соразмерности в образовании теплоты и ее отдаче.
Уровень теплообразования зависит от интенсивности обмена веществ,
идущего с выделением теплоты (экзотермические химические процессы). Отдача теплоты регулируется преимущественно физическими
процессами (теплоизлучением, теплопроведением, испарением).
Мышцы являются главным регулятором теплопродукции;
при интенсивной нагрузке они поставляют до 90 % теплоты. В
нормальных условиях жизнедеятельности на долю мышц приходится 65–70 % теплопродукции. Вторым по значимости источником теплопродукции является печень.
48
Значительное увеличение теплообразования наблюдается при
мышечной работе. Интенсивное потоотделение при физической
нагрузке до известной степени компенсирует усиленное теплообразование. Но при сильной влажности и высокой температуре окружающего воздуха может наступить перегревание организма. Повышенная теплопродукция не уравновешивается соответствующей
отдачей тепла: при повышенной влажности пот испаряется плохо,
охлаждающее его действие становится минимальным.
Увеличение или уменьшение теплопродукции начинается
при нарушении теплового комфорта. При падении температуры
окружающего воздуха ниже +25 °C у обнаженного человека увеличивается теплообразование. То же наблюдается у легко одетого
(двухслойная летняя одежда) человека при снижении температуры
воздуха до +18…+20 °С.
Наибольшее количество тепла отдается организмом теплоизлучением и теплопроведением (60–65 %). За счет испарения пота
теряется до 30 % избыточного тепла. Остальные 5–10 % идут на
согревание вдыхаемого воздуха, воды и пищи. Разумеется, эти величины условны: их колебания зависят от охлаждающей способности воздуха, типа одежды, характера выполняемой работы.
Быстро наступает охлаждение в воде, обладающей высокой
теплопроводностью, и в холодном влажном воздухе. Так, при погружении в воду с температурой +25 °C человек теряет 30–34 кДж
за 15 с, т. е. примерно столько же, сколько он потерял бы за это же
время, будучи обнаженным при пятидесятиградусном морозе.
Теплопотери в воде резко снижаются уже через 2–3 минут
вследствие сужения периферических сосудов и падения температуры кожи.
Теплопроводность кожи в теплой воде выше, чем в холодной.
Поэтому купание в сравнительно теплой и в холодной воде при
равной тепловой нагрузке по-разному воздействует на состояние
организма. Более глубокое охлаждение тканей происходит при
увеличении времени купания в сравнительно теплой воде. Резко
49
увеличивается теплоотдача при погружении в ледяную воду. Уже
после 20-секундного пребывания в ледяной воде теплопотери составляют около 105 кДж/м2. Увеличение продолжительности купания до 30 с приводит к потере 147-150 кДж/м2. Холодовая нагрузка,
превышающая 190 кДж/м2, является чрезмерной. Она действует по
типу стрессовых нагрузок. Усиление теплопродукции при охлаждении тела достигается повышением энергообмена, усилением
функций внутренних органов, мобилизацией функций системы гипоталамус–гипофиз–надпочечники.
Потребление кислорода при слабой холодовой нагрузке увеличивается на 35–37 %, при средней и большой – на 55–75 %. Усиленная теплоотдача компенсируется повышением теплопродукции
в печени и скелетных мышцах. Дрожание мышц на холоде – это
внешнее проявление безусловно-рефлекторного механизма повышения теплообразования.
Если компенсаторные механизмы оказываются не в состоянии предотвратить избыточные потери тепла, наступает переохлаждение. При переохлаждении происходит расширение периферических сосудов тела, усиливается отдача тепла, падает температура
тела. Расширение периферических сосудов создает ложное впечатление избыточного тепла. Дальнейшее охлаждение сопровождается
замедлением дыхания, ослаблением сердечной функции, падением
кровяного давления. Затем нарастают явления непреодолимой
усталости и сонливости. При снижении температуры тела до
+24...+25 °С наступает смерть.
Не менее опасным для жизни является и перегревание.
Начальные фазы перегревания компенсируются физическими факторами терморегуляции. Отдача избытка тепла происходит, прежде
всего, за счет расширения периферических сосудов кожи, в которых циркулирует до 30 % всей массы крови. Усиливается теплоотдача испарением пота, излучением. Учащение дыхания ведет к
увеличению испарения с поверхности легочных альвеол. В результате обильного потоотделения нарушается ионное равновесие – с
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]