Глава 24 терморегуляция. акклиматизация

Проблема «микроклимат и здоровье спортсменов» - одна из важнейших в современной спортивной медицине. Нельзя не учи­тывать факторы внешней среды, биоритмы при подготовке высоко­квалифицированных спортсменов.

Человек имеет постоянную температуру тела, почти независи­мую от температуры окружающей среды. В норме температура тела 36,6-37,0°С, она является оптимальной для многих ферментатив­ных реакций, физико-химических свойств тканей (вязкости, повер­хностного натяжения, набухания коллоидов), физиологических процессов проницаемости, возбуждения, всасывания, выделения и др.

Поддержание температуры тела обеспечивается средствами автономной и поведенческой терморегуляции.

ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ

Терморегуляция (гр. Шегтоз - теплый + регуляция) - поддер­жание температуры тела в пределах ограниченного диапазона при изменении уровня внутреннего теплообразования и температуры окружающей среды.

Автономная терморегуляция обеспечивается реакциями на по­нижение или повышение температуры внутренней и внешней сре­ды и состоит в управлении процессами теплопродукции и тепло­отдачи (изменение периферического и вазомоторного тонуса, потоотделение, термическое тахипноэ, холодовая дрожь). Автоном­ные терморегуляционные реакции могут осуществляться без учас­тия сознания и не нарушаются при удалении больших полушарий мозга.

Несмотря на колебания температуры окружающей среды (на Земле температура колеблется от - 50°С во время арктической зимы до +60°С летом в некоторых пустынях), температура тела почти постоянна. Обеспечивают это постоянство физиологические про­цессы терморегуляции. В организме человека непрерывно проис­ходят выработка тепла и отдача его во внешнюю среду. При этом энергия всегда расходуется для какой-нибудь работы, и выработка тепла является ее следствием (точнее, следствием химических ре­акций, которые ее обеспечивают). В покое у человека 70% тепла вырабатывается внутренними органами, а 30% - за счет мышц, волокна которых даже во время полного покоя незаметно и очень слабо, но постоянно сокращаются. Во время физической работы (тренировки) образование тепла возрастает в несколько раз и доля мышечной работы в этом процессе становится определяющей. Вы­работка тепла зависит главным образом от интенсивности работы

мышц.

Нормальная жизнедеятельность человека возможна в диапазо­не всего в несколько градусов; понижение температуры тела ниже 36°С и повышение выше 40-41°С опасны и могут иметь тяжелые последствия для организма. Отмечено, что обычно при замерзании тканей образующиеся кристаллы льда разрушают тонкие клеточ­ные структуры. При температуре выше 45°С происходит денатура­ция белков. Поскольку белки ответственны фактически за все регуляторные функции, их структурная и функциональная сохран­ность жизненно необходима. Температура сильно влияет на мета­болизм живой ткани, так как скорость биохимических реакций за­висит от температуры окружающей среды и обычно возрастает в два-три раза на каждые 10°С повышения температуры.

Терморегуляция осуществляется за счет усиления (ослабле­ния) теплообразования либо изменения интенсивности теплоотда­чи. Отдача тепла организмом происходит путем теплоизлучения, теплопроведения (при соприкосновении с окружающими предме­тами), испарения воды с кожи и легкими.

Необходимый баланс между образованием тепла и его отдачей поддерживается с помощью ЦНС. Информация о температуре тела поступает в нее от периферических и центральных терморецепторов, одни из которых воспринимают повышение температуры, другие -понижение. Наружные (периферические) рецепторы расположены в коже и реагируют на изменение ее температуры, связанное в ос­новном с изменением температуры окружающей среды. Централь­ные рецепторы расположены в различных областях головного и спин­ного мозга и реагируют на изменение температуры внутренней среды, в частности крови, омывающей нервные центры.

Большую роль в процессе терморегуляции играет эндокринная система, находящаяся под контролем ЦНС. Гормоны щитовидной железы, например, повышают интенсивность обменных процессов и, следовательно, теплообразование, а гормоны надпочечников уси­ливают окислительные процессы, суживают кожные сосуды, умень­шая теплоотдачу.

Температура тела зависит как от внешней среды, так и от со­стояния активности. В покое температура тела составляет около 37°С, хотя она предсказуемо меняется в течение суток с наиболь­шим снижением во время сна. При мышечной работе температура тела повышается на несколько градусов вследствие усиленной теп­лопродукции.

Температура не одинакова во всем теле, и распределение внут­ренней температуры является сложной функцией разных тканей, переноса тепла в результате циркуляции крови и локальных темпе­ратурных градиентов. Если не считать условий напряженной мы­шечной работы, большая часть метаболической теплопродукции производится во внутренних органах (в сердце и внутренностях), а также в мозгу. Тепло, образованное в глубоких областях тела, или внутреннее тепло (рис. 24.1), должно перейти к поверхности тела. Температура на периферии определяется теплом, перенесенным из глубоких областей тела, и температурой воздуха. Следовательно, можно считать, что тело обладает внутренней, относительно посто­янной температурой и изолирующим слоем, оболочкой, весьма из­менчивой в зависимости от энергетического баланса организма. В холодной среде приток крови к периферии сокращается, и это вызывает понижение периферической температуры. При высокой температуре окружающей среды теплоотдача затрудняется и внут­ренняя температура может распространяться почти на все тело (см. рис. 24.1).

Температуру тела обычно измеряют в заднем проходе (ректаль-но), во рту (орально), под мышкой (подмышечная), в пищеводе (над входом в желудок) и, наконец, по некоторым особым соображени­ям, местом измерения внутренней температуры выбирают наруж­ный слуховой проход. В этом случае температуру измеряют при помощи гибкого датчика, помещаемого поблизости от барабанной перепонки; датчик предохраняют от внешних температурных вли­яний при помощи ватного тампона.

Тепло, вырабатываемое организмом в норме (т. е. в условиях рав­новесия), отдается в окружающее пространство поверхностью тела.

В конечностях существуют продольный (осевой) температурный градиент, а также радиальный (перпендикулярный поверхности) температурный градиент. В связи с неправильностью геомет-

рических форм тела пространственное распределение температу­ры тела описывается сложной трехмерной функцией. Например, когда легко одетый взрослый человек находится в помещении с тем­пературой воздуха +20°С, температура глубокой мышечной части бедра составляет 35°С, глубоких слоев икроножной мышцы - 33°С в центре стопы достигает лишь 27-28°С, а ректальная температура равна примерно 37°С (Н. Непзе1 е! а1., 1973). Колебания темпера­туры тела, вызванные изменениями внешней температуры, выра­жены в значительно большей степени вблизи поверхности тела и в концевых частях (акральных зонах) конечностей. Приведенные на рис. 24.1 изотермы характеризуют температурные градиенты в теле человека в условиях низкой и высокой температур окружающей среды. Когда температура внешней среды низка, изотерма 37°С, ограничивающая пределы внутреннего слоя, смещается в глубь тела О. АзсЬогГ, К. Шеуег, 1958).

Внутренняя температура тела сама по себе не является посто­янной. Даже в термонейтральных условиях различие температур во внутренних областях составляет 0,2-1,2°С; в головном мозге существует радиальный температурный градиент более чем в ГС от центральной части до наружной. Как правило, наиболее высо­кая температура отмечается в прямой кишке (Н. Непзе1, 1981).

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Чтобы температура тела оставалась постоянной, необходимо, чтобы отдача тепла была равно его притоку (в результате метабо­лической теплопродукции или из внешней среды) (рис. 24.2). Если приток больше отдачи, тепло накапливается, вызывая повышение температуры (гипертермию).

Гипертермия

Гипертермия - аккумулирование тепла в организме за счет не­достаточной теплоотдачи с повышением температуры тела более чем на одно стандартное отклонение средней видоспецифической нормы для состояния покоя в термонейтральных условиях. Повы­шение теплопродукции при физической работе сопровождается перестройкой терморегуляции с развитием рабочей гипертермии.

Тепло может быть получено или отдано путем излучения, теп­лопроводности и конвекции в зависимости от условий внешней сре­ды. Тепло всегда образуется в качестве побочного продукта хими­ческих реакций, протекающих в организме.

Излучение

Все предметы с температурой выше абсолютного нуля (-273°С) отражают энергию путем излучения. Излучение происходит в фор­ме электромагнитных волн.

Излучающая способность поверхности связана с ее свойства­ми как излучателя. Поверхность, поглощающая и совсем не отра­жающая лучистой энергии, обладает максимальной излучающей способностью, равной 1. Когда поверхность отражает всю лучис­тую энергию, ее излучающая способность равна 0.

Обычно предметы почти полностью поглощают волны одной длины и в то же время сильно отражают волны другой длины. Так, например, человеческая кожа, как белая, так и пигментированная, поглощает почти все инфракрасное излучение солнца.

Теплопроводность

Переход тепла от одного предмета к другому при соприкоснове­нии их поверхностей называется теплопроводностью. Тепло пере­мещается по тепловому градиенту от более теплого к более холод­ному предмету. Ощущение прикосновения к «теплому» или «холодному» предмету связано с направлением движения тепла путем его проведения.

Одними из лучших проводников тепла являются такие метал­лы, как серебро и медь, а к худшим проводникам относятся газы. Биологические ткани служат примерно такими же изоляторами, как вода; жир в этом отношении вдвое эффективнее мышечной или ко­стной ткани.

Не будь жирового слоя, температура кожи была бы близка к внутренней температуре тела (37°С) и потеря тепла была бы в 10 раз больше.

Конвекция

Перенос тепла от предмета, окруженного жидкой или газооб­разной средой, происходит посредством конвекции.

Поток тепла идет от более теплых к более холодным участкам. Если температура воздуха выше температуры тела, тепло будет передаваться телу.

Когда тело окружено неподвижным воздухом, от кожи отходит теплый воздух, который, переходя в окружающий воздух, перено-

сит как молекулы, так и энергию. Такой процесс называется сво­бодной конвекцией.

Если окружающий воздух движется, то такой процесс называ­ется принудительной конвекцией.

При сильном ветре воздух ощущается более холодным, чем в действительности.

Испарение

При испарении воды с поверхности тела оно охлаждается вслед­ствие затраты энергии на переход жидкости в газообразное состоя­ние. На каждый грамм испарившейся воды (пота) уходит около 0,59 Вт/ч. Почти в любых условиях окружающей среды вода не­прерывно испаряется с поверхности тела и составляет важный ме­ханизм теплоотдачи. Объем потери воды зависит от внешних усло­вий (факторов), особенно от температуры и влажности воздуха.

Если воздух насыщен водяными парами (100% относительной влажности), испарения с поверхности кожи не происходит.

Испарение приобретает чрезвычайно большое значение при высокой температуре воздуха, поскольку при температуре возду­ха, равной температуре тела (или точнее - температуре кожи), ни один из обычных механизмов теплоотдачи - излучение, теплопро­водность, конвекция - не функционирует.

РЕГУЛЯЦИЯ ТЕПЛООТДАЧИ

Конвекция тепла из внутренних областей тела к конечностям в результате изменения объема кровотока является важным сред­ством регуляции теплоотдачи. Конечности выдерживают гораздо больший диапазон температур, чем внутренние области тела, и об­разуют прекрасные температурные «отдушины», т. е. места, кото­рые могут обеспечить потерю больших или меньших количеств теп­ла в зависимости от притока тепла из внутренних областей тела через кровоток.

Вазомоторный тонус регулируется адренергическими симпати­ческими нервными волокнами, которые меняют приток крови к ко­нечностям и температуру крови, поступающей в кожу.

При охлаждении общая вазомоторная реакция снижает приток крови на периферию посредством эффективного сужения сосудов. У человека по мере прохождения крови по крупным артериям рук и ног температура ее значительно падает. Прохладная венозная кровь,

возвращаясь внутрь тела по сосудам, расположенным близ арте­рий, захватывает большую долю тепла, отдаваемого артериальной кровью. Такая система называется противоточным теплообменни­ком. Она способствует возвращению большого количества тепла к внутренним областям тела при завершении кровотоком круга че­рез конечности. Суммарным эффектом такой системы является снижение теплоотдачи.

При сильной жаре резко увеличивается приток крови к коже и избыток тепла рассеивается от конечностей. Кровь возвращает­ся к внутренним областям тела по венам, лежащим под самой поверхностью кожи. Изменяя свой путь, венозная кровь минует противоточный теплообменник, благодаря чему снижается коли­чество тепла, которое захватывается из нисходящей артериаль­ной крови. Близость вен к кожной поверхности сильно увеличи­вает охлаждение венозной крови, возвращающейся к внутренним областям тела.

Потоотделение

У человека теплоотдача происходит главным образом не путем учащенного дыхания, а за счет потоотделения. Испарение путем потоотделения не связано с большим расходом энергии. Однако длительное усиленное потоотделение ведет к обезвоживанию и потере солей, что нарушает баланс электролитов, восстановление которого требует потребления солей и микроэлементов.

В коже человека насчитывается более двух миллионов потовых желез, функция которых регулируется симпатической нервной си­стемой. Они чувствительны и к местной температуре кожи и к тем­пературе в области мозговых центров. Потоотделение становится максимальным при повышении внутренней и периферической тем­пературы.