Чтобы обрести хорошую закалку, необходимо прежде всего познакомится с особенностями терморегуляции организма.
Функциональная система терморегуляции
Температура тела, а точнее температура крови и ее малейшие изменения в любой части тела, немедленно воспринимается терморецепторами, которые расположены в сосудах внутренних органов, головном мозге. Кроме того, функциональная система, поддерживающая температуру организма, находится в постоянных тесных взаимоотношениях с внешней средой. Ее деятельность все время изменяется за счет воздействия внешней температуры на терморецепторы кожи.
- Подробнее о температуре тела человека - в этой статье
Информация от терморецепторов по спинному мозгу поступает в головной мозг и достигает центров терморегуляции, расположенных в гипоталамусе.
В настоящее время установлено, что ядра переднего гипоталамуса обеспечивают эффективную отдачу тепла организмом путем изменения тонуса кожных сосудов, потоотделения, тепловой одышки и т. д. Поэтому они обозначаются как «центр теплоотдачи»
В этом центре расположены также истинные терморецепторы, реагирующие на повышение температуры притекающей крови. Их возбуждение рефлекторно вызывает увеличение теплоотдачи с помощью названых механизмов.
Область заднего гипоталамуса известна как центр теплопродукции. Нейроны этой области регулируют теплообразование путем повышения или снижения скорости окислительных процессов.
Процессы терморегуляции
Способность человека поддерживать температуру тела на постоянном уровне при изменяющихся условиях внешней и внутренней среды обеспечивается сложным механизмом терморегуляции.
Механизм терморегуляции включает два процесса:
- процессы теплопродукции, обусловливающие образование тепла
- процессы теплоотдачи, связанные с выделением тепла в окружающую среду.
Регуляция этих процессов происходит в обоих направлениях: либо в сторону их усиления, либо в сторону их ограничения.
Особенностью функциональной системы терморегуляции является то, что для поддержания оптимальной для метаболизма организма температуры тела наряду с внутренними и внешними механизмами саморегуляции как необходимый составной компонент, направленный на адекватное приспособление к условиям окружающей среды, принимает участие и целенаправленная поведенческая деятельность.
Теплопродукция
Под теплопродукцией понимают совокупность приспособительных процессов, направленных на поддержание температуры тела на оптимальном для метаболизма уровне независимо от температуры окружающей среды, путем изменения скорости обменных процессов.
У человека, как и у других теплокровных:
- При повышении температуры среды - обмен веществ снижается, тепла вырабатывается меньше и температура тела остается неизменной.
- При понижении температуры окружающей среды обмен веществ увеличивается и тепла вырабатывается значительно больше.
Механизм повышения теплообразования при понижении температуры окружающей среды заключается в увеличении скорости обменных процессов в различных тканях.
Как видно из таблицы, представленной ниже, масса основных внутренних органов составляет немногим более 5 килограммов, но они обеспечивают более 72% общей теплопродукции организма.
Мышечная теплопродукция
При физической работе, когда интенсивность обменных процессов возрастает в несколько раз, положение меняется, поскольку это усиление обмена происходит главным образом в мышцах, составляющих около 42% веса тела.
При мышечной работе накопленная в мышцах химическая энергия только на ⅓ переходит в механическую работу, остальные же ⅔ превращаются в тепло. Поэтому вполне понятно, что при увеличении мышечной деятельности происходит повышение теплопродукции и, следовательно, повышается температура тела.
Человек в покое в сутки продуцирует около 2000 килокалорий, а при мышечной работе теплообразование достигает 4000-6000 килокалорий, доходя при тяжелой работе до 9000 килокалорий, то есть почти в 5 раз выше, чем в покое. При значительном же охлаждении включаются дополнительные, резервные механизмы, поддерживающие температурный баланс организма. В этом случае совершаются некоординированные сокращения мелких подкожных мышечных волокон, приводящие к дрожи и появлению «гусиной кожи».
Дрожь начинается с местных фибриллярных подергиваний мышц, распространяющихся постепенно на соседние участки, а затем охватывает всю конечность.
В тяжелых случаях конечность приводится к туловищу, усиливается сокращение диафрагмы, значительно повышается тонус мышц.
Возникающая на холоде «гусиная кожа» является следствием сокращения волосяных фолликулов. В результате происходит подъем волосков, покрывающих кожу нашего тела, что приводит к увеличению воздушной прослойки вокруг тела. А воздух, являясь плохим проводником тепла, способствует сохранению температуры тела.
Ведь не случайно у животных и птиц при охлаждении приподнимаются шерсть и перья, в которых задерживается дополнительное количество воздуха. А вследствие этого предотвращается избыточное выделение тепла.
Теплопродукция пищеварения
B увеличений теплопродукции большое значение имеют также процессы пищеварения и переработки пищи. Немалую роль играет здесь специфическое динамическое действие пищи.
Под специфическим динамическим действием пищи понимают повышение уровня обмена веществ в организме, а следовательно, и температуры тела, обусловленное введением пищи в организм. Наиболее выраженным специфическим динамическим действием обладают белки, способные повышать интенсивность обменных процессов на 30%, а в ряде случаев и на 80%, далее идут углеводы (5,9%) и, наконец, жиры (2,5%).
Некоторое практическое влияние на увеличение продукции тепла в организме имеет потребление горячей пищи и воды. Теплопродукция в организме, определяемая скоростью обменных процессов, протекающих в клетках и тканях, зависит от ряда факторов, к которым относятся:
- индивидуальные особенности организма (масса, рост, возраст, пол, площадь поверхности тела); температура окружающей среды (с понижением температуры образование тепла в организме возрастает)
- интенсивность мышечной работы
- характер питания (как количество принятой пищи, так и ее качественный состав)
- эмоциональное состояние организма (в состоянии эмоционального напряжения человек способен переносить больший холод)
- кислородное обеспечение организма (недостаток кислорода возбуждает и увеличивает теплопродукцию)
- степень ультрафиолетового облучения
- интенсивность видимого света (в темноте уровень теплопродукции снижается)
Теплоотдача
Под теплоотдачей, или физической терморегуляцией, понимают совокупность приспособительных процессов, направленных на поддержание температуры тела на оптимальном для метаболизма уровне независимо от температуры окружающей среды путем повышения или понижения отдачи тепла организмом.
Отдача тепла во внешнюю среду происходит в основном за счет трех физических процессов:
- Теплопроведение
- Теплоизлучение
- Испарения жидкости с поверхности кожи и дыхательных путей
Теплопроведение представляет собой такой случай теплоотдачи, при котором более нагретое тело отдает тепло окружающим его предметам внешней среды. Количество тепла, теряемое этим путем, определяется не только разностью температур между телом и средой, но и теплопроводностью среды.
Поэтому при одинаковой внешней температуре количество тепла, отдаваемое, например, в воде, будет больше, чем в воздушной среде, и во влажном воздухе выше, чем в сухом.
Под теплоизлучением подразумевается свойство поверхности, нагретой до определенной температуры, излучать тепло в виде лучистой энергии (инфракрасное излучение).
Регуляция теплоотдачи путем теплопроведения и теплоизлучения основана на изменении интенсивности кожного кровообращения, которое определяется степенью сужения или расширения поверхностных сосудов. Температура кожи, от которой зависит величина теплопотерь, определяется количеством крови, протекающей через кровеносные сосуды.
- При высокой внешней температуре сосуды внутренних органов сужаются, а сосуды кожи расширяются. В силу этого кровь энергично заполняет подкожные сосуды и кожа становится гиперемированной.
- При низкой температуре внешней среды наблюдаются обратные отношения: сосуды кожи суживаются, масса крови отливает к внутренним органам и кожа бледнеет, а теплопотери организмом резко сокращаются.
Теплоотдача испарением влаги
Если же температура воздуха равна или незначительно меньше температуры тела, то в таком случае единственным способом отдачи тепла организмом оказывается испарение влаги с поверхности кожи, то есть испаряется пропитывающая кожу вода и выделяющийся пот.
Пот образуется за счет внеклеточной и внутрисосудистой жидкости, а также в небольшой степени за счет воды эритроцитов.
В условиях теплового комфорта человек за сутки теряет в среднем 40 миллилитров воды на один килограмм массы тела.
Для человека зоной комфорта считается диапазон температуры воздуха от +18°С до +22°С, при условии наличия легкой одежды и обычной двигательной активности.
В условиях высокой температуры окружающей среды значительная масса жидкости теряется за счет усиливающегося потоотделения. При высокой температуре человек за сутки потеряет с потом до 5 литров воды, а при тяжелой мышечной работе в этих же условиях величина потоотделения может достигать 10-12 литров в сутки.
При испарении 1 миллилитра пота с покровов тела человека теряется 0,58 килокалорий тепла.
Если интенсивность потоотделения определяется главным образом температурой тела, то количество жидкости, испаряющееся с поверхности кожи, зависит от влажности окружающей среды.
При 100%-ном насыщении воздуха водяными парами испарения пота не происходит. В этом случае выделяющийся пот стекает струйками по коже, нарушая процессы кожного дыхания. Отсюда становится понятно, почему бывает особенно жарко во влажном воздухе.
Не происходит испарения пота и у пловцов, а вся отдача тепла у них осуществляется только путем теплопроведения.
Даже при низкой температуре среды (0° и ниже) происходит потоотделение, например, при лыжных и конькобежных гонках.
Потери тепла, обусловленные дыханием, составляют 10-13% от общей теплоотдачи организмом. Эти потери связаны с тем, что организму приходится согревать вдыхаемый воздух, температура которого, как правило, ниже температуры тела. Часть тепла теряется с поверхности слизистой оболочки верхних дыхательных путей при насыщении выдыхаемого воздуха водяными парами.
Так как основная потеря тепла происходит через кожу, то организм выработал в течение эволюции механизмы, ограничивающие процесс. Такими ограничительными приспособлениями у животных являются покровные роговые образования, шерсть, волосы, перья.
У человека же защиту от чрезмерной теплоотдачи обеспечивает преимущественно подкожно-жировая ткань. Жир является плохим проводником тепла, отсюда понятно, почему даже тонкий его слой является уже достаточным для сохранения тепла в подлежащих тканях.
Поведенческая терморегуляция
Человек для поддержания своей температуры также нередко прибегает к усилению мышечной активности.
Кроме указанных выше мышечных реакций (озноб, дрожь, появление «гусиной кожи»), человек на холоде производит дополнительные энергичные движения: быстро ходит, приседает, совершает пробежки, размахивает руками и т. д. Ходьба увеличивает теплопродукцию почти в 2 раза, а при #бегит теплопроизводство увеличивается в 4 - 5 раз, и температура тела становится на несколько десятых градуса выше.
Повышение температуры увеличивает скорость окислительных процессов в организме и тем самым способствует окислению продуктов, распаду части белков. А это, в свою очередь, создает условия для поддержания на должном уровне тепла в организме.
Важным фактором поддержания благоприятной температуры у человека является использование одежды и в зависимости от температуры окружающей среды оборудование жилища.
Существенные изменения в деятельности функциональной системы, поддерживающей температуру тела, наблюдаются в экстремальных условиях, то есть при длительном понижении окружающей температуры или, наоборот, при существенном ее повышении.
Терморегуляция при гипотермии
Гипотермия – это нарушение теплового обмена, проявляющееся снижением температуры тела на фоне воздействия низких температур и/или снижении продукции тепла и повышении его отдачи.
Длительная гипотермия приводит к усилению процессов теплопродукции за счет активации мышечной деятельности, дрожи, усиления клеточного метаболизма. Наряду с этим тормозятся процессы теплоотдачи.
В начале охлаждения происходит некоторое повышение температуры тела вследствие перераспределения крови в организме: при сужении периферических кожных и подкожных кровеносных сосудов, которое в это время возникает, значительное количество крови отливает к внутренним органам, сосуды которых расширяются и в них увеличивается кровоток.
При длительном воздействии на организм холода включаются дополнительные механизмы, направленные, с одной стороны, на уменьшение теплоотдачи, а с другой - на повышение процессов теплопродукции. При этом усиливается деятельность сердца, появляется одышка, повышается мышечный тонус, возрастает мышечная активность, возникают озноб и дрожь. Все это способствует повышению обмена веществ в организме.
Продолжительное охлаждение вызывает увеличение секреции тиреотропного гормона передней доли гипофиза и повышение активности щитовидной железы. Гормон щитовидной железы - тироксин способствует стимуляции обмена веществ.
Повышению обмена веществ в организме способствует и гормон надпочечников - адреналин. Усиливая окислительные процессы, вызывая перераспределение крови в организме за счет сужения периферических сосудов и расширения сосудов внутренних органов, этот гормон усиливает скорость кровотока внутри организма. В результате предотвращается избыточное выделение тепла.
Дальнейшее охлаждение организма, при котором аксиллярная температура падает ниже 35°, приводит к глубокой гипотермии, которая сопровождается падением скорости обменных процессов, снижением газового обмена, падением кровяного давления, урежением сердечных сокращений и дыхания и .т д.: происходит дальнейшее падение температуры тела.
Терморегуляция при гипертермии
Гипертермия - накопление избыточного тепла в организме человека и животных, сопровождающееся повышением температуры тела.
Под воздействием повышенной температуры окружающей среды в деятельности многих органов и систем наблюдаются изменения, направленные на усиление физиологических механизмов, которые способствуют отдаче избытка тепла, и на торможение процессов теплопродукции.
К таким механизмам относятся:
- расширение кровеносных сосудов кожи, сужение сосудов во внутренних органах
- увеличение интенсивности потоотделения и легочной вентиляции
- снижение двигательной активности.
При длительном воздействии на организм повышенной температуры возникает его перегревание (гипертермия). Способствует гипертермии избыточная влажность окружающего воздуха, которая нарушает процесс испарения пота с поверхности кожи.
Физиолог А. Н. Ажаев выделяет три стадии перегревания организма:
- На первой стадии перегревания организма теплоотдача испарением влаги с поверхности тела компенсирует тепловую нагрузку.
Увеличение теплоотдачи испарением влаги, понижение теплопродукции.
- На второй стадии теплоотдачи испарением больше или равна внешней тепловой нагрузке.
Усиливаются окислительные процессы, накапливается дополнительное тепло в организме. Начинается профузное (обильное) потоотделение
- Третья стадия перегревания характеризуется уменьшением теплоотдачи с помощью испарения влаги, которая становится меньше тепловой нагрузки.
Наступает декомпенсация со стороны сердечно-сосудистой системы, приводящая к тепловому удару - покраснение кожи, головокружение, головная боль, падение сердечной деятельности. Нарушается ритм дыхания, возникают тошнота и рвота вплоть до потери сознания