Работоспособность человека при повышенной и пониженной температуре

Основы терморегуляции

Человек - теплокровное существо, т. с. температура его тела изменяется в достаточно узком диапазоне. Для обеспечения постоянства температуры тела необходимо, чтобы количество образующегося в теле тепла - теплопродукция равнялось количеству тепла, отдаваемого во внешнюю среду, - теплоотдаче. Образование тепла в организме происходит в результате метаболических реакций в различных тканях организма, прежде всего мышцах, и следовательно, значительно (в 20 раз) повышается во время мышечной работы, а также за счет Холодовой дрожи, т. е. непроизвольных сокращений отдельных мышечных пучков.

Рассеивание тепла обеспечивается несколькими механизмами: проведением, конвекцией, радиацией и испарением.

Термин проведение обозначает передачу тепла от одной (более нагретой) части физического тела к другой (менее нагретой) при их непосредственном контакте. Тело человека может передавать свое тепло окружающему воздуху при условии, что воздух имеет более низкую температуру. Количество передаваемого тепла зависит от теплопроводности среды, в которой находится человек. Теплопроводность воды в 26 раз выше, чем теплопроводность воздуха, поэтому в воде тело человека очень быстро теряет тепло.

Конвекция - это передача тепла от тела человека окружающему его воздуху, находящемуся в движении, когда уже нагретые слои удаляются от тела и сменяются другими, не нагретыми, т. е. более холодными. Конвекция очень сходна по механизму с проведением, но более эффективна для теплоотдачи. При одинаковой внешней температуре, скажем 23 °С, в безветренных условиях тепло будет отдаваться медленнее, чем при наличии обдува. Когда человек находится в движении, условия отдачи тепла лучше, чем в неподвижном состоянии, если только скорость попутного ветра не сопоставима со скоростью перемещения человека. Проведение и конвекция обычно составляют 10-20 % от общих потерь тепла организмом.

Радиация - это отдача телом тепла путем излучения электромагнитной энергии, через инфракрасное излучение. В покое тело раздетого человека отдаст тепло окружающему воздуху главным образом (на 60 %) с помощью радиации.


Испарение - это отдача тепла кожей при переходе в газообразное состояние выделившейся на поверхность кожи воды. Потерю воды за счет диффузии через кожу называют неощущаемой в отличие от потери воды в результате функционирования потовых желез. Последний путь находится под контролем системы терморегуляции и оказывает существенное влияние на общее количество теряемого с испарением тепла. Испарение - единственный процесс, с помощью которого возможна отдача тепла телом в условиях, когда температура среды сравнима с температурой тела или даже выше. При напряженной работе и особенно при работе в жарких условиях испарение пота является основным путем теплоотдачи, составляя до 80 % от всех теплопотерь. Наоборот, в покое за счет испарения теряется не более 20 % тепла.

С точки зрения терморегуляции тело человека можно представить состоящим из двух компонентов: внешнего, оболочки, и внутреннего, ядра. Ядро - это та часть тела, которая имеет постоянную температуру, а оболочка - часть тела, в которой имеется температурный градиент. Через оболочку идет теплообмен между ядром и окружающей средой. Ядро и оболочка изменяют свои размеры в различных температурных условиях: чем интенсивнее сужение поверхностных сосудов на холоде, тем больше объем поверхностных тканей, снижающих свою температуру, т. е. объем оболочки существенно увеличивается, приближаясь по размерам к половине массы тела. И, наоборот, при расширении кожных сосудов в условиях повышенной температуры размеры оболочки уменьшаются до тонкого поверхностного слоя кожи, поскольку градиент температур между ядром и внешней средой на холоде значительно больше, чем в тепле (рис. 10).

Регуляция теплообмена

Температура ядра человека поддерживается достаточно постоянной в широком диапазоне внешних температур и условий функционирования организма. Однако нельзя сказать, что она неизменна.

При нормальной температуре 37 °С совместимыми с жизнью считаются колебания температуры ядра от 33 до 41-42 °С. Для оценки температуры ядра следовало бы измерить температуру в сердце, где смешивается кровь из различных участков тела. Однако это по понятным причинам не делается, и обычно температура ядра оценивается с помощью измерения температуры в прямой кишке - ректальной температуры. Ректальная температура немного ниже температуры участка головного мозга, ответственного за терморегуляцию. Показателем температуры мозга может служить температура вблизи барабанной перепонки, которую измеряют, подведя термометр к барабанной перепонке через наружный слуховой проход, - тимпанальная температура. При различных воздействиях, например физической работе, ректальная и тимпанальная температуры изменяются параллельно, хотя ректальная температура несколько более инертна.

Температура различных областей тела человека в условиях тепла (А) и холода (Б)

Рис. 10. Температура различных областей тела человека в условиях тепла (А) и холода (Б).

Изотермы соединяют точки с одинаковой температурой.

Внутренняя изотерма соответствует границе температурного ядра тела


Уменьшение температуры тела - гипотермия - как правило, связано с охлаждением, когда теплоотдача значительно превышает теплопродукцию. Увеличение температуры тела - гипертермия - наоборот, наступает вследствие превышения продукции тепла над его отдачей. Такая ситуация возникает при лихорадочных состояниях и связана с выработкой в организме специфических пирогенных, т. с. повышающих теплопродукцию веществ, а также при интенсивной мышечной деятельности, когда организм не способен рассеивать тепло с той же скоростью, с какой оно образуется в метаболических реакциях. Температура ядра при мышечной работе повышается в зависимости от относительной мощности выполняемой работы и может достигать 39-40 °С. Температура работающих мышц при этом поднимается еще выше - до 42 °С. Увеличение температуры работающих мышц способствует повышению эффективности происходящих в них метаболических процессов и улучшению сократительных свойств, в частности скоростных характеристик сокращения. Значительное, выше 40 °С, и длительное повышение температуры тела может вызвать отрицательные изменения в центральной нервной системе - отек мозга.

Рассмотрим механизмы терморегуляции. Для функционирования любой регуляторной системы необходимы: периферическая воспринимающая (рецепторная) часть, центральная управляющая часть и орган-исполнитель. Рецепторная часть системы терморегуляции включает периферические и центральные терморецепторы. Периферические холодовые и тепловые рецепторы расположены в коже и оценивают температуру окружающей среды. Максимальная устойчивая частота импульсации холодовых рецепторов достигается при температуре между 15 и 34°С, а тепловых - между 38 и 43°С. Центральные рецепторы расположены в переднем гипоталамусе и с очень большой точностью (0,01°) оценивают температуру крови, омывающей эту область мозга.

Гипоталамический центр терморегуляции работает по принципу поддержания установочной, т. е. нормальной температуры. Любое отклонение от этой температуры воспринимается как сигнал о необходимости коррекции. В качестве входящей информации терморегуляторным центром используются данные терморецепторов с возможно большего количества термочувствительных участков тела.

Система терморегуляции - это одна из наиболее филогенетически молодых, т. с. поздно возникших систем организма. С этим обстоятельством связана особенность системы терморегуляции - множественность органов-исполнителей. Действительно, каждая система в организме имеет свой орган-исполнитель, а у системы терморегуляции их как минимум четыре: потовые железы, кровеносные сосуды (артериолы и артериовенозные анастомозы кожи), скелетные мышцы, некоторые железы внутренней секреции, поведенчиские реакции.

Увеличение внешней температуры вызывает усиление импульсации с периферических терморецепторов. В результате центр терморегуляции через симпатическую нервную систему снижает тонус гладких мышц в стенках артериол и артериовенозных анастомозов, вызывает их расширение.

Одновременно или на несколько минут позднее происходит усиление потоотделения: центр терморегуляции через специализированные симпатические холинергические (в качестве медиатора выделяющие ацетилхолин) волокна активирует потовые железы.

Под действием холода, когда температура кожи снижается ниже нормальной, возникает холодовая дрожь, сопровождающаяся усилением теплопродукции. В результате дрожи внутренняя температура может несколько повыситься. Если на холоде выполняется произвольная физическая работа, возникает значительное повышение внутренней температуры и реакция дрожи подавляется.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >