Температура істотно впливає на перебіг життєвих процесів в організмі і на його фізіологічну активність. Фізико-хімічної основою цього впливу є зміна швидкості протікання хімічних реакцій, завдяки яким відбувається ентропійного перетворення всіх видів енергії в теплову.
Залежність швидкості хімічних реакцій кількісно виражається законом Вант-Гоффа - Арреніуса, згідно з яким при зміні температури навколишнього середовища на 10 ° с відбувається, відповідно, підвищення або пониження швидкості хімічних процесів в 2-3 рази. Різниця в 10 ° зі стала стандартним діапазоном, по якому визначають температурну чутливість біологічних систем.
Згідно з одним із наслідків другого закону термодинаміки, теплота як кінцеве перетворення енергії здатна переходити тільки з області більш високої температури в область більш низькою. Тому потік теплової енергії від живого організму в навколишнє середовище не припиняється до тих пір, поки температура тіла особини вище, ніж температура середовища. Температура тіла визначається співвідношенням швидкості метаболічної теплопродукції клітинних структур і швидкості розсіювання утворюється теплової енергії в навколишнє середовище. Отже, теплообмін між організмом і середовищем є невід'ємною умовою існування теплокровних організмів. Порушення співвідношення цих процесів призводить до зміни температури тіла.
Людина здавна мешкає в різних умовах нашої планети, температурні відмінності між якими перевищують 100 ° с. Щорічні та щодобові коливання можуть бути дуже великі. Отже, проблема захисту від зовнішніх температурних впливів і фізіологічної адаптації до них завжди стояла перед людиною, а при виконанні м'язової роботи в деяких умовах зовнішнього середовища терморегуляція є одним з важливих факторів, що лімітують.
При аналізі температурного режиму людського організму протягом довгого часу поняття про температуру тіла як однієї з найважливіших фізіологічних констант при нормальному стані організму поширювалася не тільки на стан спокою, а й на активну м'язову діяльність. З цієї позиції різна ступінь гіпертермії при м'язовій роботі не могла розцінюватися інакше, як показник зриву або функціональної недостатності теплорегуляційні системи, зокрема, апарату фізичної терморегуляції.
Сучасний погляд на терморегуляцію людини в процесі роботи суттєво змінився. Допускається і доведена пряма, хоча і не лінійна залежність, взаємозв'язок між температурою ядра і рівнем метаболізму. Важливо підкреслити, що ступінь підвищення температури ядра при роботі в більшій мірі корелює із загальним рівнем енерговитрат, ніж з величиною теплопродукції. Тому знання фізіологічних основ терморегуляції людини в різних умовах діяльності, особливо при фізичних навантаженнях, є необхідним.
Температура тіла людини. Тепловий баланс
Можливість процесів життєдіяльності обмежена вузьким діапазоном температури внутрішнього середовища, в якому можуть відбуватися основні ферментативні реакції. Для людини зниження температури тіла нижче 25 ° С і її збільшення вище 43 ° с, як правило, смертельно. Особливо чутливі до змін температури нервові клітини. З точки зору терморегуляції, тіло людини можна представити що складається з двох компонентів: зовнішнього, оболонки, і внутрішнього, ядра. Ядро - це частина тіла, яка має постійну температуру, а оболонка - частина тіла, в якій є температурний градієнт. Через оболонку йде теплообмін між ядром і навколишнім середовищем. Температура різних ділянок ядра різна. Наприклад, в печінці - 37.8-38.0 ° с, в мозку - 36.9-37.8 °. в цілому ж, температура ядра тіла людини становить 37.0 ° с.
Температура шкіри людини на різних ділянках коливається від 24.4 до 34.4 ° с. Найнижча температура спостерігається на пальцях ніг, найнижча - в пахвовій западині. Саме на підставі вимірювання температури в пахвовій западині зазвичай судять про температуру тіла в даний момент часу. За усередненими даними, середня температура шкіри голої людини в умовах комфортної температури повітря становить 33-34 ° с.
Існують циркадні - цілодобовий - коливання температури тіла. Амплітуда коливань може досягати 1 °. Температура тіла мінімальна у передранкові години (3-4 години) і максимальна в денний час (16-18 годин). Ці зрушення викликані коливаннями рівня регулювання, тобто пов'язані зі змінами в діяльності ЦНС. В умовах переміщення, пов'язаного з перетином часових меридіанів, потрібно 1-2 тижні для того, щоб температурний ритм прийшов у відповідність з новим місцевим часом. На добовий ритм можуть накладатися ритми з тривалішими періодами. Найбільш виразно проявляється температурний ритм, синхронізований з менструальним циклом.
Відомо також явище асиметрії аксілярной температури. Вона спостерігається приблизно у 54% випадків, причому температура в лівій пахвовій западині трохи вище, ніж у правій. Можлива асиметрія і на інших ділянках шкіри, а вираженість асиметрії більш ніж у 0,5 ° свідчить про патологію. Сталість температури тіла у людини може зберігатися лише при рівності процесів теплоутворення і тепловіддачі всього організму. У термонейтральной (комфортної) зоні існує баланс між теплопродукцией і тепловіддачею. Провідним фактором, що визначає рівень теплового балансу, є температура навколишнього середовища. При її відхилення від комфортної зони в організмі встановлюється новий рівень теплового балансу, що забезпечує ізотерма в нових умовах середовища. Оптимальне співвідношення теплопродукції і тепловіддачі забезпечується сукупністю фізіологічних процесів, званих терморегуляцією. Розрізняють фізичну (тепловіддача) і хімічну (теплоутворення) терморегуляцію.
Механізми теплоутворення і тепловіддачі (хімічна та фізична терморегуляція)
Хімічна терморегуляція - теплоутворення - здійснюється за рахунок зміни рівня обміну речовин, що призводить до зміни утворення тепла в організмі. Джерелом тепла в організмі є екзотермічні реакції окислення білків, жирів, вуглеводів, а також гідроліз АТФ. При розщепленні поживних речовин частина звільненої енергії акумулюється в АТФ, частина розсіюється у вигляді тепла (первинна теплота - 65-70% енергії). При використанні макроергічних зв'язків молекул АТФ частина енергії йде на виконання корисної роботи, а частина розсіюється (вторинна теплота). Таким чином, два потоки теплоти - первинної та вторинної - є теплопродукцией.
При необхідності підвищити теплопродукцию, крім можливості отримання тепла ззовні, в організмі використовуються механізми, що збільшують виробництво теплової енергії.
Скорочувальний термогенез.
При скороченні м'язів зростає гідроліз АТФ, тому зростає потік вторинної теплоти, що йде на зігрівання тіла.
Довільна активність м'язового апарату в основному виникає під впливом кори великих півкуль. При цьому підвищення теплопродукції можливо в 3-5 разів в порівнянні з величиною основного обміну.
При виконанні фізичного навантаження різної потужності теплопродукція зростає в 5-15 разів у порівнянні з рівнем спокою. Температура ядра протягом перших 15-30 хвилин тривалої роботи досить швидко підвищується до відносно стаціонарного рівня, а потім зберігається на цьому рівні або продовжує повільно підвищуватися. Хоча при виконанні навантаження спрацьовують різні механізми тепловіддачі, спостерігається робоча гіпертермія. Можливо, це пов'язано зі зниженням гіпоталамічного рівня регуляції.
Зазвичай при зниженні температури середовища і температури крові першою реакцією є збільшення теплорегуляційні тонусу. З точки зору механіки скорочення, даний тонус представляє собою мікровібрацію і дозволяє збільшити теплопродукцию на 25-40% від вихідного рівня. Зазвичай у створенні тонусу беруть участь м'язи голови і шиї.
При більш значному переохолодженні теплорегуляційні тонус переходить в м'язову холодову тремтіння. Холодова тремтіння являє собою мимовільну ритмічну активність поверхнево розташованих м'язів, в результаті якої теплопродукція підвищується. Вважається, що теплопродукція при холодового тремтіння в 2,5 разів вище, ніж при довільній м'язової діяльності.
Несократітельний термогенез.
Він здійснюється шляхом прискорення процесів окислення і зниження ефективності сполучення окисного фосфорилювання. За рахунок цього виду термогенеза теплопродукція може зрости в 3 рази.
У скелетних м'язах підвищення швидкості несократітельного термогенеза пов'язано зі зменшенням окислювального фосфорилювання за рахунок роз'єднання різних етапів даного процесу. У печінці підвищення теплопродукції пов'язано з активацією глікогенолізу і наступним розщепленням глюкози. Підвищення теплопродукції можливо за рахунок розпаду бурого жиру. Бурий жир, багатий мітохондріями і закінченнями симпатичних нервів, розташований в потиличній області, між лопатками, в середостінні по ходу великих судин, у пахвових западинах. В умовах спокою до 10% тепла утворюється в буром жирі. При охолодженні інтенсивність його розпаду помітно підвищується. Крім того, підвищення рівня освіти тепла спостерігається за рахунок специфіки-динамічної дії їжі.
Регуляція процесів несократітельного термогенеза здійснюється шляхом активації симпатичної нервової системи, продукції гормонів щитовидної залози (роз'єднують окислювальне фосфорилювання) і мозкового шару надниркових залоз.
Під фізичною терморегуляцією розуміють сукупність фізіологічних процесів, які ведуть до зміни рівня тепловіддачі. Розрізняють декілька механізмів віддачі тепла в навколишнє середовище.
Випромінювання - віддача тепла у вигляді електромагнітних хвиль інфрачервоного діапазону. За рахунок випромінювання віддають енергію всі предмети, температура яких вища за абсолютний нуль. Електромагнітна радіація вільно проходить крізь вакуум, атмосферне повітря для неї теж можна вважати «прозорим». Кількість тепла, що розсіюється організмом в навколишнє середовище випромінюванням, пропорційно площі поверхні випромінювання (площі поверхні тіла, не покритій одягом) і градієнту температури. Інтенсивність випромінювання залежить також від кількості об'єктів у зовнішньому середовищі, здатних поглинути інфрачервоні промені. При температурі навколишнього середовища 20 ° С і відносній вологості повітря 40-60% організм дорослої людини розсіює шляхом випромінювання близько 40-50% всього отдаваемого тепла.
Теплопроведение (кондукція) - спосіб віддачі тепла при безпосередньому зіткненні тіла з іншими фізичними об'єктами. Кількість тепла, що віддається у навколишнє середовище цим способом, пропорційно різниці середніх температур контактуючих тіл, площі дотичних поверхонь, часу теплового контакту і теплопровідності. Сухе повітря і жирова тканина характеризуються низькою теплопровідністю і є теплоізоляторами. Навпаки, насичений водяними парами повітря характеризується високою теплопровідністю. Вологий одяг втрачає свої теплоізоляційні властивості.
Конвекція - тепловіддача, здійснювана шляхом переносу тепла рухомими частинками повітря (води). Конвекційний теплообмін пов'язаний з обміном не лише енергії, але і молекул. Навколо будь-якого предмета існує прикордонний шар, товщина якого залежить від навколишніх умов. Коли тіло оточене нерухомим повітрям, від шкіри відходять тепліші шари повітря, що, переходячи в навколишнє повітря, переносять як енергію, так і молекули (вільна конвекція). Якщо навколишнє повітря рухається, то товщина прикордонного шару знижується в залежності від швидкості руху повітря. Теплообмін такого типу називається примусовою конвекцією. Кількість переносимого тепла описується за формулою:
(Т к –) , где:
Е к = h (Т до -), де:Е к - кількість тепла, що передається шляхом конвекції,
– коэффициент передачи тепла, зависящий от величины поверхности и скорости ветра,
h - коефіцієнт передачі тепла, що залежить від величини поверхні і швидкості вітру,Т к - температура шкіри,
Т в - температура повітря.
При температурі навколишнього середовища 20 ° С і відносній вологості повітря 40-60% організм дорослої людини розсіює в навколишнє середовище шляхом теплопроведения і конвекції близько 25-30% тепла. Кількість віддається конвекцією тепла зростає при збільшенні швидкості руху повітряних потоків.
У всіх перерахованих вище механізмах важливу роль відіграє шкірний кровообіг. Коли його інтенсивність зростає, віддача тепла значно збільшується. Цьому також сприяє збільшення обсягу циркулюючої крові. На холоді відбуваються зворотні процеси: зниження шкірного кровотоку, зменшення ОЦК, змінюється поведінкова реакція.
Випаровування - віддача теплової енергії в навколишнє середовище за рахунок випаровування поту або вологи з поверхні шкіри і слизових дихальних шляхів. На випаровування 1 мл. води організм витрачає 0,58 ккал (2,4 кДж) енергії. За рахунок випаровування організм в умовах комфортної температури віддає близько 20% всього розсіюється тепла. Випаровування ділиться на 2 види.
Невідчутне перспірація - випаровування води зі слизових дихальних шляхів і води, яка просочується через епітелій шкірного покриву. За добу через дихальні шляхи випаровується до 400 мл. води, тобто організм втрачає до 232 ккал на добу. При необхідності ця величина може бути збільшена за рахунок теплової задишки. Через епідерміс у середньому за добу просочується близько 240 мл. води. Отже, цим шляхом організм втрачає до 139 ккал на добу. Ця величина, як правило, не залежить від процесів регуляції і різних факторів середовища.
Відчувається, перспірація - віддача тепла шляхом випаровування поту. У середньому за добу при комфортній температурі середовища виділяється 400-500 мл. поту, отже, віддається до 300 ккал енергії. Однак при необхідності обсяг потовиділення може збільшитися до 12 л на добу, тобто шляхом потовиділення можна втратити до 7000 ккал на добу.
За хімічним складом піт - це гіпотонічний розчин. Він містить 0,3% хлористого натрію (в 3 рази менше, ніж у крові), сечовину, глюкозу, амінокислоти, малі кількості лактату. РН поту в середньому дорівнює 6, питома вага варіює від 1,001 до 1,006. при рясному потовиділенні більше втрачається води, ніж солей, і в крові може відбуватися підвищення осмотичного тиску.
Ефективність випаровування багато в чому залежить від середовища: чим вище температура і нижче вологість, тим вище ефективність потовиділення як механізму віддачі тепла. При 100% вологості випаровування неможливо.
До розладів потовиділення відносять:
Ангідроз - повна відсутність потовиділення,
Гіпогідроз - часткове зниження потообразованія,
Гіпергідроз - надмірне утворення поту.
Основні принципи регулювання температурного гомеостазу
Терморегуляція - це сукупність фізіологічних процесів, діяльність яких спрямована на підтримку відносного сталості температури ядра в умовах зміни температури середовища за допомогою регулювання теплопродукції і тепловіддачі. Терморегуляція спрямована на попередження порушень теплового балансу організму або на його відновлення, якщо подібні порушення вже відбулися, і здійснюється нервово-гуморальним шляхом.
Система терморегуляції складається з ряду елементів з взаємопов'язаними функціями. Інформація про температуру надходить від терморецепторів. Їх функції виконують спеціалізовані клітини, які поділяють на три групи: екстерорецептори (розташовані в шкірі), інтерорецептори (судини, внутрішні органи) та центральні терморецептори (ЦНС).
Найбільш вивчені терморецептори шкіри. Шкірні рецептори бувають двох видів - холодові і теплові. Холодові рецептори розташовуються на глибині 0,17 мм від поверхні шкіри, їх близько 250 тисяч. Теплові рецептори розташовані глибше - 0,3 мм від поверхні, їх приблизно 30 тис.
При будь-якій сумісній з життям температурі від периферичних рецепторів у ЦНС надходить стаціонарна інформація. Розряди теплових рецепторів спостерігаються в діапазоні від 20 до 50 °, а холодових - від 10 до 41 ° с. При температурі нижче 10 ° з холодові рецептори і нервові волокна гомойотермних організмів блокуються, а при температурі в діапазоні від 45 до 50 ° можуть знову активуватися, що пояснює феномен парадоксального відчуття холоду, що спостерігається при сильному нагріванні. При температурі 47-48 ° активуються больові рецептори.
Збудження рецепторів залежить як від абсолютних значень температури шкіри в місці її роздратування, так і від швидкості її зміни. Одні рецептори реагують на перепад температури в 0,1 °, інші - в 1 °, а треті - при досягненні різниці в 10 °. Для холодових рецепторів оптимум чутливості (генерація імпульсів максимальної частоти) лежить в межах 25-30 °, для теплових - 38-43 ° с. У цих областях мінімальні зміни температури викликають найбільшу реакцію рецепторів.
Інформація від шкірних рецепторів йде по чутливих нервових волокнах типу А-дельта (від холодових рецепторів) і С, тому в ЦНС вона доходить з різною швидкістю. Аферентні потік нервових імпульсів від терморецепторів надходить через задні корінці спинного мозку до Інтернейрони нейронам задніх рогів, за спіноталаміческому тракту цей потік досягає передніх ядер таламуса, звідки частина інформації проводиться у соматосенсорную кору великих півкуль, а частина - в гіпоталамічні центри регуляції.
Частина афферентного потоку від терморецепторів шкіри і внутрішніх органів надходить по давнішим трактах, висхідним у ретикулярну формацію, неспецифічні ядра таламуса, медіальну преоптичного область гіпоталамуса і в асоціативні зони кори головного мозку.
Кора великих півкуль, беручи участь в переробці температурної інформації, забезпечує умовно-рефлекторну регуляцію теплопродукції і тепловіддачі, виникнення суб'єктивних температурних відчуттів, поведінка, спрямована на пошук більш комфортного середовища.
Основну роль у терморегуляції грає гіпоталамус. Руйнування його центрів або порушення нервових зв'язків веде до втрати здатності регулювати температуру тіла. У передньому гіпоталамусі розташовані нейрони, що керують процесами тепловіддачі, а також клітини, що задають «настановну крапку» терморегуляції - рівень регульованої температури тіла. При руйнуванні нейронів переднього гіпоталамуса організм погано переносить високі температури, але фізіологічна активність в умовах холоду зберігається. Нейрони заднього гіпоталамуса управляють процесами теплопродукції. При їх пошкодженні порушується здатність до посилення енергообміну, тому організм погано переносить холод.
У здійсненні гуморальної реакції теплообміну беруть участь залози внутрішньої секреції, головним чином щитовидна і надниркові залози. Участь щитовидної залози у терморегуляції обумовлено тим, що вплив зниженої температури призводить до посиленого виділення її гормонів, прискорюючих обмін речовин і, отже, теплоутворення. Роль наднирників пов'язана з виділенням ними в кров катехоламінів, які, посилюючи окислювальні процеси в тканинах (наприклад, м'язової), збільшують теплопродукцию і звужують шкірні судини, зменшуючи рівень тепловіддачі.
Стани гіпотермії та гіпертермії
При пошкодженні центральних і периферичних апаратів терморегуляції, а також після травматичних перерв провідних шляхів відзначаються порушення терморегуляції. Значні відхилення температури тіла можуть виникнути і при надмірно сильних змінах навколишнього середовища.
Якщо величина теплопродукції, незважаючи на посилення обміну речовин, стає менше величини тепловіддачі, розвивається гіпотермія. Переохолодження розвивається в три стадії. На першій стадії - компенсації - при зниженні температури середовища проживання зменшується тепловіддача і збільшується теплопродукція, але цих механізмів недостатньо для збереження нормальної температури тіла. Під час другої стадії - перехідний - через неузгодженості механізмів терморегуляції тепловіддача зростає, і температура тіла починає швидко знижуватися. У третій стадії - декомпенсації - тепловіддача все ще зростає, а теплопродукція знижується, внаслідок чого організм стає пойкілотермним і приймає температуру навколишнього середовища. Знижується активність ЦНС, відбувається пригнічення кровообігу і дихання, виникає сон.
Протилежне стан організму, що супроводжується підвищенням температури тіла - гіпертермія - виникає, коли інтенсивність теплопродукції перевищує здатність організму віддавати тепло. У цьому випадку організм прагне, перш за все, зберегти водний гомеостаз, навіть на шкоду терморегуляторний реакцій, тому віддача тепла за рахунок потовиділення знижується, і температура тіла встановлюється на більш високому рівні. Розвивається відчуття спраги, знижується діурез.
Гіпертермія найбільш легко розвивається при дії на організм зовнішньої температури, що перевищує 37 ° с при 100% вологості повітря, коли випаровування стає неможливим. У разі тривалої гіпертермії може виникнути «тепловий удар». У ньому розрізняють три стадії: 1) стадію компенсації, коли температура тіла ще не піднялася, але напруга терморегуляцій вже існує; 2) стадію порушення: вона характеризується максимальним підвищенням тепловіддачі, підвищенням активності всіх життєво важливих систем, значним зростанням дихальних рухів (це веде до гипокапнию, алкалозу, в кінцевому підсумку, до зниження процесів гальмування в ЦНС), 3) стадію паралічів - стадію гальмування - виникає параліч дихального центру, порушується функція судинного центру, відбувається падіння артеріального тиску, виникає гостра ниркова недостатність, згущення крові, зниження ОЦК .
У процесі е. волюціі вироблена особлива відповідна реакція організму на дію екзогенних пірогенних факторів (полісахариди дріжджів, білки мікробів, комплекси антиген-антитіло, продукти розпаду власних тканин). Потрапивши в кров, ці речовини активують звільнення з лейкоцитів ендогенних пірогенів (інтерлейкіну, α-інтерферону та ін, що призводить до виникнення лихоманки (спека, гарячки). Лихоманка - це стан організму, при якому центр терморегуляції (центр переднього гіпоталамуса) стимулює підвищення температури тіла. Це досягається перестроюванням механізму «настановної точки» на більш високу, ніж в нормі, температуру регулювання. Вона є захисним механізмом, спрямованим проти вірусів, мікроорганізмів і чужорідних речовин. За ступенем підйому температури розрізняють: субфебрильну лихоманку (підвищення температури до 38 ° ), помірну (38-39 °), надмірну (вище 41 °).
Хоча на початку людина відчуває озноб, насправді температура тіла підвищується. З цього моменту починається урівноваження процесів вироблення і віддачі тепла. Тремтіння зникає, розширюються поверхневі судини, виникає відчуття тепла.
Зміна температури тіла під впливом фізичних навантажень
М'язова активність, більше ніж збільшення будь-якої іншої фізіологічної функції, супроводжується розпадом і ресинтезу АТФ - це один з головних джерел енергії скорочення в м'язовій клітці. Але на здійснення зовнішньої роботи витрачається мала частина потенційної енергії макроергів, решта виділяється у вигляді тепла - від 80 до 90% - і «вимивається» з м'язових клітин венозної кров'ю. Отже, при всіх видах м'язової активності різко збільшується навантаження на теплорегуляційні апарат. Якщо б він виявився не в змозі впоратися з виділенням більшого, ніж у спокої, кількості тепла, то температура тіла людини підвищилася б за годину важкої роботи приблизно на 6 ° с.
Посилення тепловіддачі у людини забезпечується при роботі за рахунок конвекції і випромінювання, внаслідок збільшення температури шкірних покривів і посилення обміну прікожного шару повітря, завдяки руху тіла. Але головним і найбільш ефективним шляхом тепловіддачі є активація потовиділення.
Деяку, але зовсім незначну роль відіграє механізм поліпное у людини в спокої. Прискорене дихання збільшує тепловіддачу з поверхні дихальних шляхів завдяки зігріванню і зволоженню вдихуваного повітря. У комфортній температурі середовища за рахунок цього механізму втрачається не більше 10%, і ця цифра практично не змінюється в порівнянні із загальним рівнем теплоутворення при м'язовій роботі.
У результаті різкого збільшення теплоутворення в працюючих м'язах, через кілька хвилин підвищується температура шкіри над ними не тільки завдяки прямому переносу тепла за градієнтом зсередини назовні, але і внаслідок посилення кровотоку через шкіру. Активація симпатичного відділу вегетативної нервової системи і викид катехоламінів під час роботи призводять до тахікардії і різкого збільшення МОК при звуженні судинного русла у внутрішніх органах і розширенню його в шкірних покривах.
Посилена активація апарату потовиділення супроводжується виділенням брадикініну клітинами потових залоз, що має судинорозширювальну дію на прилеглі м'язи і протидіє системного судинозвужуючій ефекту адреналіну.
Між потребами в посиленому кровопостачанні м'язів і шкіри можуть виникнути конкурентні відносини. При роботі в умовах нагріваючого мікроклімату кровотік через шкіру може досягати 20% від МОК. Такий великий обсяг кровотоку не служить ніяким іншим потребам організму, крім чисто терморегуляторних, так як власні потреби шкірної тканини в кисні і поживних речовинах дуже малі. Це - один із прикладів того, що, виникнувши на останній стадії еволюції ссавців, функція терморегуляції займає одне з найвищих місць в ієрархії фізіологічних регуляцій.
Вимірювання температури тіла при роботі в будь-яких умовах, як правило, виявляє підвищення температури його ядра від кількох десятих до двох і більше градусів. Під час перших досліджень передбачалося, що це підвищення пояснюється порушенням балансу між тепловіддачею і теплоутворення внаслідок функціональної недостатності апарату фізичної терморегуляції. Проте в ході подальших експериментів було встановлено, що підвищення температури тіла при м'язової активності є фізіологічно регульованим і не є наслідком функціональної недостатності терморегуляторного апарату. У даному випадку відбувається функціональна перебудова центрів теплообміну.
При роботі помірної потужності після початкового підйому температура тіла стабілізується на новому рівні, ступінь підвищення прямо пропорційна потужності виконуваної роботи. Виразність такого регульованого підйому температури тіла не залежить від коливань температури зовнішнього середовища.
Збільшення температури тіла вигідно при роботі: підвищуються збудливість, провідність, лабільність нервових центрів, знижується в'язкість м'язів, в протікає через них крові поліпшуються умови відщеплення кисню від гемоглобіну. Невелике підвищення температури може бути зазначено навіть в передстартовому стані і без розминки (воно виникає умовно-рефлекторно).
Поряд з регульованим підйомом при м'язовій роботі може спостерігатися також додатковий, вимушений підйом температури тіла. Він відбувається за надмірно високій температурі і вологості повітря, при зайвій ізоляції працюючого. Це прогресивне підвищення здатне привести до теплового удару.
У вегетативних системах при виконанні фізичної роботи здійснюється цілий комплекс терморегуляторних реакцій. Збільшуються частота і глибина дихання, за рахунок чого зростає легенева вентиляція. При цьому збільшується значення дихальної системи в теплообміні дихання із середовищем. Прискорене дихання набуває більшого значення при роботі в умовах низьких температур.
При температурі середовища близько 40 ° з пульс людини в спокої збільшується в середньому на 30 уд / хв у порівнянні з умовами комфорту. Але при виконанні роботи помірної інтенсивності в тих же умовах ЧСС зростає всього на 15 уд / хв у порівнянні з такою ж роботою в комфортних умовах. Таким чином, робота серця виявляється порівняно більш економічною при виконанні фізичних навантажень, ніж у спокої.
Що стосується величини судинного тонусу, то при фізичній роботі відзначаються конкурентні взаємовідносини не тільки між кровопостачанням м'язів і шкірних покривів, але і між ними обома і внутрішніми органами. Судиннозвужувальні впливу симпатичного відділу вегетативної нервової системи при роботі особливо чітко проявляються в області шлунково-кишкового тракту. Результатом зменшення кровотоку є зниження сокоотделенія і уповільнення травної діяльності під час виконання інтенсивної м'язової роботи.
Необхідно відзначити, що людина може почати виконувати навіть важку роботу при нормальній температурі тіла, і лише поступово, значно повільніше, ніж і легенева вентиляція, температура ядра досягає величин, що відповідають рівню загального метаболізму. Таким чином, підвищення температури ядра тіла є необхідною умовою не для початку роботи, а для її продовження протягом більш-менш тривалого часу. Можливо, тому головне адаптивне значення цієї реакції полягає у відновленні працездатності в ході самої м'язової діяльності.
Вплив температури і вологості повітря на спортивну (фізичну) працездатність
Значення різних шляхів віддачі тілом тепла в навколишнє середовище неоднаково в умовах спокою і при м'язовій діяльності і змінюється в залежності від фізичних факторів зовнішнього середовища.
В умовах підвищення температури і вологості повітря посилення тепловіддачі здійснюється двома основними шляхами: посиленням шкірного кровотоку, що збільшує перенесення тепла від ядра до поверхні тіла і забезпечує постачання потових залоз водою, і посиленням потообразованія та випаровування.
Шкірний кровотік у дорослої людини при комфортних умовах зовнішнього середовища становить в спокої близько 0,16 л / кв. м. / хв, а під час роботи в умовах дуже високої зовнішньої температури може досягати 2,6 л / кв. м. / хв. Це означає, що до 20% серцевого викиду може направлятися в шкірну судинну мережу для запобігання перегрівання тіла. Потужність навантаження практично не впливає на температуру шкіри.
Температура шкіри лінійно пов'язана з величиною шкірного кровотоку. Посилений кровотік у шкірі підвищує її температуру, і якщо температура навколишнього середовища нижче, ніж температура шкіри, то підвищуються тепловтрати проведенням, конвекцією та радіацією. Додаткове рух повітря при роботі сприяє зменшенню гіпертермії. Підвищення шкірної температури зменшує також вплив зовнішньої радіації на тіло.
Швидкість потообразованія і потовиділення залежить від цілого ряду факторів, головними з яких є швидкість енергопродукціі і фізичні умови навколишнього середовища. При цьому швидкість потовиділення залежить як від температури ядра, так і від температури оболонки тіла.
При інтенсивній спортивної діяльності швидкість потовиділення велика. Необхідно також враховувати, що за інших рівних умов збільшення швидкості руху повітря прискорює процес випаровування поту. Висока вологість повітря навіть при відносно невисокій його температурі утрудняє випаровування поту. Це призводить до зниження швидкості потообразованія і додатковому підвищенню температури тіла.
Одним з найважчих наслідків посиленого потовиділення при м'язовій роботі, що виконується в умовах підвищеної температури повітря, є порушення водно-сольового балансу організму через розвиток гострої дегідратації. Дегідратація супроводжується зменшенням обсягу плазми крові, гемоконцентрації, зменшенням обсягу міжклітинної та внутрішньоклітинної рідини. При робочої дегідратації особливо помітно зниження фізичної працездатності. Необхідно відзначити, що значна робоча дегідратація розвивається лише при тривалих (більше 30 хв) і досить інтенсивних вправах. При важкій, але короткочасною роботі навіть в умовах підвищених температури і вологості повітря більш-менш значна дегідратація не встигає розвинутися.
Безперервне або повторне перебування в умовах підвищених температури і вологості повітря викликає поступове пристосування до цих специфічних умов зовнішнього середовища, в результаті чого настає стан теплової адаптації, ефект від якої зберігається протягом декількох тижнів. Теплова адаптація обумовлена сукупністю специфічних фізіологічних змін, головними з яких є посилення потовиділення, зниження температури ядра і оболонки тіла в умовах спокою, їх зміна в процесі м'язової роботи, а також зменшення ЧСС в спокої і при навантаженні в умовах підвищеної температури. Зниження ЧСС супроводжується збільшенням систолічного об'єму (за допомогою збільшення венозного повернення). Протягом періоду теплової адаптації відзначається також підвищення ОЦК в спокої, зниження тонічної активності симпатичного відділу вегетативної нервової системи і підвищення механічної інтенсивності виконуваної фізичної роботи.
Тренувальні та змагальні навантаження у видах спорту, що вимагають прояву витривалості, викликають суттєве підвищення температури ядра - до 40 ° с навіть в нейтральних умовах середовища. Систематичні тренувальні заняття, спрямовані на тренування витривалості, призводять до вдосконалення терморегуляції: знижується теплопродукція, поліпшується здатність до тепловтратам за рахунок підвищеного теплоутворення. Відповідно, у спортсменів під час роботи при звичайній або високу температуру повітря внутрішня і шкірна температура нижче, ніж у нетренованих людей, що виконують таку ж за обсягом навантаження. Вміст солей в поті у спортсменів також нижче.
У процесі тренування в нейтральних умовах збільшується ОЦК, удосконалюються реакції перерозподілу кровотоку із зменшенням його в судинах шкіри. Тому добре треновані на витривалість спортсмени зазвичай краще пристосовуються, принаймні, до виконання роботи різної потужності в умовах спеки. Разом з тим, сама по собі спортивне тренування в нейтральних умовах зовнішнього середовища не може повністю замінити специфічну теплову адаптацію.
При зниженні температури зовнішнього середовища збільшується різниця між нею і температурою поверхні тіла, що призводить до посилення втрат тепла. Основні механізми захисту тіла від тепловтрат в холодних умовах - звуження периферичних судин і посилення теплопродукції.
У результаті звуження шкірних судин зменшується конвекційний перенесення тепла від ядра тіла до його поверхні. Вазоконстрикція може збільшити теплоізолюючу здатність оболонки тіла в 6 разів. Однак це може привести до поступового зниження шкірної температури. Найбільш виражена вазоконстрикція спостерігається в кінцівках, температура тканин дистальних відділів кінцівок може знижуватися до температури навколишнього середовища.
Крім шкірної вазоконстрикції важливу роль у зменшенні внутрішньої провідності внутрішньої провідності тепла в тілі грає те, що в холодних умовах кров тече в основному по глибоких венах. Між артеріями і венами відбувається теплообмін: повертаючись до ядра тіла венозна кров нагрівається за рахунок артеріальної.
Іншим важливим механізмом адаптації до умов холоду є посилення теплопродукції за рахунок холодового тремтіння і за рахунок підвищення рівня метаболічних процесів. Під час роботи в холодних умовах теплоізоляція тіла істотно знижується, і посилюються втрати тепла (проведенням і конвекцією). Відповідно, для підтримки теплового балансу необхідна більша теплоутворення, ніж в умовах спокою.
Підвищені енергетичні витрати (більш висока швидкість споживання кисню) при роботі щодо невеликої потужності в холодних умовах пов'язані з холодової тремтінням, яка зникає зі збільшенням навантажень до значних, і тим самим стабілізується регулювання робочої температури тіла.
Гіпотермія призводить до зниження МПК, в основі якого лежить зменшення серцевого викиду за рахунок зниження максимальної ЧСС. Витривалість людини знижується, падають також результати вправ, що вимагають великої динамічної сили.
Незважаючи на те, що в багатьох видах спорту тренувальні заняття і змагання проходять в умовах низьких температур, проблеми терморегуляції виникають в основному лише на початку перебування на холоді або при виконанні повторної навантаження з чергуванням періодів високої активності і відпочинку. У виняткових випадках кількість теряемого тепла може перевищувати продукують при м'язовій діяльності.
Тривале проживання в холодних умовах дещо підвищує здатність людини протистояти холоду, тобто підтримувати необхідну температуру ядра при зниженій температурі середовища. В основі акліматизації лежать два основних механізми. По-перше, це - зниження втрат тепла, по-друге - посилення теплового обміну. У акліматизованих до холоду людей зменшується звуження судин шкіри, що запобігає холодові ушкодження периферичних частин тіла і дозволяє здійснювати координовані рухи кінцівок в умовах низьких температур.
У процесі холодової акліматизації зростає теплопродукція тіла, відбуваються ендокринні та внутрішньоклітинні метаболічні перебудови. Разом з тим багато дослідників не виявили акліматизацію людини до холоду, особливо щодо м'язової діяльності в холодних умовах. Однак фізично підготовлені люди краще переносять холодні умови, ніж нетреновані. Фізичне тренування викликає ефекти, подібні у деяких відносинах з холодової акліматизацією: треновані люди відповідають на холодову експозицію великим посиленням теплопродукції і меншим зниженням шкірної температури, ніж нетреновані.