Тепловой баланс и терморегуляция организма

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 16Следующая ⇒

Основными параметрами, обеспечивающими процесс теплообмена с окружающей средой являются параметры микроклимата. В естественных условиях эти параметры изменяются в существенных пределах. Вместе с изменением параметров микроклимата меняется и тепловое самочувствие человека. Условия, нарушающие тепловой баланс, вызывают в организме реакции, способствующие его восстановлению.
Процессы регулирования тепловыделений для поддержания постоянной температуры тела человека называются терморегуляцией. Она позволяет сохранять температуру внутренних органов постоянной, близкой к 36, 5°С.
Процессы регулирования тепловыделений осуществляются в основном тремя способами: биохимическим путем, путем изменения интенсивности кровообращения и интенсивности потовыделения.
Терморегуляция биохимическим путем заключается в изменении интенсивности происходящих в организме окислительных процессов.
Терморегуляция путем изменения интенсивности кровообращения заключается в способности организма регулировать подачу крови (которая является в данном случае теплоносителем) от внутренних органов к поверхности тела путем сужения или расширения кровеносных сосудов.
Терморегуляция путем изменения интенсивности потовыделения заключается в изменении процесса теплоотдачи за счет испарения влаги.
Терморегуляция организма осуществляется одновременно всеми способами.
Параметры микроклимата воздушной среды, которые обуславливают оптимальный обмен веществ в организме и при которых нет неприятных ощущений и напряженности системы терморегуляции, называются комфортными или оптимальными. Зона, в которой окружающая среда полностью отводит теплоту, выделяемую организмом, и нет напряжения системы терморегуляции, называется зоной комфорта. Условия, при которых нормальное тепловое состояние человека нарушается, называются дискомфортными. При незначительной напряженности системы терморегуляции и небольшой дискомфортности метеорологические условия считаются допустимыми. Непосредственным измерением трудно установить количество теплоты, отдаваемой человеком. Поэтому об интенсивности общей теплоотдачи судят по косвенным показателям - значениям эффективной и эквивалентно - эффективной температур, характеризующих пребывание в так называемой “зоне комфорта”, где терморегуляция обеспечивается организмом легко, или за пределами этой зоны, когда для нормальной терморегуляции организм человека преодолевает большие нагрузки.Эффективной называется температура воздуха, ощущаемая человеком при определенной относительной влажности воздуха и при отсутствии движения его в помещении. Эффективно-эквивалентной называется температура воздуха, ощущаемая человеком при определенной относительной влажности воздуха и определенной скорости его движения.
Санитарно-гигиеническими мероприятиями, проводимыми в горячих цехах, помимо снабжения питьевой водой, являются перерывы в работе и устройство зон отдыха. Перерывы в работе необходимы, чтобы периодически обеспечивать кратковременный 10—15-минутный отдых, при котором облегчаются терморегуляция организма и восстановление его нормальной деятельности. Для отдыха в эти перерывы целесообразно выделять отдельные помещения или оборудовать беседки и скамейки невдалеке от рабочих мест. В этих помещениях должны быть нормальные метеорологические условия, а в беседках и на скамейках установлены агрегаты для воздушного душирования или создания ветрового потока, скорость которого может быть принята в пределах от 0, 5 до 3, 0 м/с.
Помимо защитных свойств спецодежда должна быть гигиеничной, способствовать нормальной терморегуляции организма; удобной для надевания и носки, надежной в эксплуатации в течение определенного времени.
Температура, относительная влажность, скорость движения воздуха возле тела человека, а также температура стен и окружающих предметов образуют микроклимат на рабочем месте. Различные сочетания этих параметров могут создавать одно и то же комфортное ощущение, которое соответствует оптимальным условиям для теплообмена тела человека с окружающей средой без напряжения терморегуляции организма. Терморегуляция нарушается в условиях нагревающего или резко охлаждающего микроклимата. При сильном перегреве тела человека возможен тепловой удар.
Длительность работы в экранирующем костюме Правилами не ограничивается. Однако надо иметь в виду, что длительная работа в экранирующем костюме сопровождается нарушением терморегуляции организма, в особенности при повышенной или пониженной температуре окружающего воздуха.
Наиболее просто достигается изменение подвижности воздуха (при неизменных других параметрах воздушной среды). Для этого широко используются передвижные душирующие агрегаты, создающие направленный поток воздуха. Такого рода установки часто применяются в горячих цехах с целью облегчения терморегуляции организма работающих за счет увеличения таплоотдачи, особенно в условиях действия на них теплового облучения. Подобные агрегаты с подачей распыленной воды в воздушный поток используются для изменения на рабочих местах не только подвижности, но и температуры и влажности воздуха.
Влажность и подвижность воздуха в комплексе с другими факторами оказывают существенное влияние ня организм человека, играя важную роль в терморегуляции организма.

Тепловой баланс.

Температура тела человека остается постоянной вне зависимости от изменений температуры окружающей среды. Такая гомеотермия относится только к температуре внутри организма (37 °С). Конечности и кожа (поверхностный слой, покровы) подвержены пойкилотермии, т. е. их температура до некоторой степени зависит от температуры окружающей среды. Для поддержания постоянной температуры организм должен суммарно производить и поглощать такое количество тепла, которое им теряется этот процесс называется терморегуляцией.

Выработка тепла (термогенез)

Количество производимого тепла определяется энергией метаболизма. В покое примерно 56% общей продукции тепла осуществляется внутренними органами и около 18% - мышцами и кожей (рис. А2, вверху). При физических нагрузках термогенез увеличивается в несколько раз. Количество тепла, производимое при мышечной работе, может увеличиваться и составить 90% общего количества тепла, вырабатываемого организмом (А2, внизу). Для сохранения тепла организму может потребоваться совершение дополнительных мышечных сокращений, произвольных (движение конечностей) и непроизвольных (дрожь). У новорожденных имеется особая ткань - так называемый бурый жир, где термогенез не сопровождается дрожью (недрожательный термогенез). Холод стимулирует рефлекторный путь, приводящий к высвобождению норадреналина (β 3-адренергические рецепторы) в жировых тканях, которые, в свою очередь, стимулируют: (1) липолиз; (2) выделение липопротеин-липазы (ЛПЛ) и термогенина. ЛПЛ увеличивает обеспечение свободными жирными кислотами. Термогенин локализован во внутренней мембране митохондрий и представляет собой разобщающий белок, функционирующий как Н+-унипортер. Он уменьшает градиент [Н+] на внутренней мембране митохондрий, таким образом разобщая дыхательную цепь синтеза АТФ и производя тепло.
Тепло, производимое в организме, поглощается кровотоком и проводится к поверхности тела. Чтобы сделать возможным такой перенос тепла внутри организма, температура поверхности тела должна быть ниже по сравнению с температурой внутри организма. Снабжение кровью поверхности кожи - главный механизм переноса тепла к коже.
Потери тепла обусловлены физическими процессами - излучением, теплопроводностью, конвекцией и испарением (рис. Б).

- Излучение (рис. Б1, В). Количество тепла, теряемого с поверхности кожи, в основном определяется температурой излучателя (зависит от его абсолютной температуры в четвертой степени). Тепло от поверхности тела распространяется на объекты или субъекты (к другим людям в том числе), если они холоднее, чем кожа, и от объектов (Солнце) к поверхности кожи, если объекты теплее, чем кожа. Если излучающие объекты отсутствуют (ночное небо), тепло излучается с поверхности кожи в окружающее пространство. Распространение тепла не требует специальных переносчиков и слабо зависит от температуры воздуха (воздух плохо проводит тепло). Следовательно, тело будет отдавать тепло расположенной вблизи холодной стене (несмотря на наличие теплого воздуха между стеной и кожей) и поглощать излучение Солнца или инфракрасного излучателя в безвоздушном пространстве или в окружении холодного воздуха соответственно.

- Теплопроводность и конвекция (Б2, В) - это механизм передачи тепла от кожи более холодному воздуху или объекту (например, при сидении на камне), находящемуся в контакте с телом (свойство теплопроводности). Количество тепла, теряемого в воздух посредством теплопроводности, многократно возрастает, если нагревающийся воздух удаляется от источника тепла (тела) посредством конвекции - естественной (нагретый воздух поднимается вверх) или форсированной (ветер).

- Испарение (БЗ, В). Первые два механизма сами по себе не способны поддерживать адекватный тепловой гомеостаз при высокой температуре окружающей среды или при интенсивной физической активности. Испарение - это тот способ, при помощи которого организм справляется с дополнительным теплом. Вода, теряемая путем испарения, достигает кожи путем диффузии (неощущаемая потеря воды) и активируемых нейронами потовых желез (БЗ). Организм теряет около 2428 кДж (580 ккал) при испарении воды, при этом кожа охлаждается. При температуре окружающей среды 36 °С и выше потеря тепла происходит только путем испарения (В, справа). Даже при высокой температуре окружающей среды организм поглощает тепло (от солнечных лучей) по механизму теплопроводности/конвекции. Для того чтобы справиться с этим, тело должно терять повышенное количество тепла, испаряя воду со своей поверхности. Чтобы произошло испарение, окружающий воздух должен быть сравнительно сухим. Влажный воздух замедляет испарение. При очень высокой влажности воздуха (например, в тропических лесах) человек, как правило, не сможет переносить температуру выше 33 °С даже в состоянии покоя.

Тепловой баланс организма человека: соотношение термогенеза и теплоотдачи
Для поддержания внутренней температуры тела на уровне примерно 37 “С во время пробуждения и в часы сна организму человека приходится постоянно приспосабливаться к изменениям температуры воздуха, влажности, перемещениям воздуха, солнечному теплу, атмосферному давлению и термоизолирующим свойствам одежды. Кроме того, при переваривании и усваивании пищи примерно 80 % всей энергии пищи преобразуется в тепло. В случае интенсивных физических упражнений происходит значительное возрастание уровня использования энергии по сравнению с состоянием покоя. Например, энергетические затраты профессионального бегуна на марафонские дистанции (масса тела 66, 9 кг, рост 185 см), потребовавшиеся для преодоления дистанции на Играх XXIII Олимпиады 1984 г. в Лос-Анджелесе за 2, 2 ч со скоростью 314 ммин" 1 составили 5862 кДж (1400 ккал) или 97, 6 кДж-мин" 1 (23, 3 ккал мин-1) (Armstrong et al., 1986). Это примерно в 8—12 раз больше по сравнению с энерготратами в состоянии покоя, которые равны 8, 3—12, 6 кДж-мин" 1 (2—3 •скал-мин" 1). При таком повышении уровня энергетического обмена возникает потребность в отведении значительных количеств тепла, поскольку в ином случае развивается сильная гипертермия (т. е. повышение температуры тела выше 39—40 " С), и вследствие теплового удара, обусловленного физической нагрузкой, может произойти повреждение тканей и даже наступить смерть. В действительности этому спортсмену за время своей спортивной карьеры дважды пришлось пережить такое состояние.

Тепловой стресс, связанный с повышенной температурой окружающей среды, повышает потребность в усилении радиационно-конвекционного охлаждения, а также теплоотдачи за счет испарения. Преоптическая область переднего гипоталамуса реагирует на повышение температуры крови и органов тела и стимулирует потоотделение вместе с расширением поверхностных кровеносных сосудов. В другом месте ЦНС повышение температуры спинного мозга также влияет на регуляцию температуры и вызывает дополнительную эффекторную реакцию потовых желез и поверхностных кровеносных сосудов (Jessen, 1996). Несмотря на то что обычно продолжительные интенсивные физические упражнения в условиях повышенной температуры сопровождаются потерями жидкости, равными от 0, 8 до 2, 0 л-ч" 1, потери жидкости у упомянутого выше 6eiyita на марафонские дистанции составили 3, 71 л-ч'1, что привело к обезвоживанию, оказавшему пагубное воздействие на его физическую работоспособность и состояние здоровья. При испарении 1 л жидкости с поверхности тела человек теряет 2428 кДж (580 ккал). Поскольку в сухом воздухе 85 — 90 % теплоотдачи происходит за счет испарения пота (Adams et al., 1975), а при повышенной влажности более 50 % ее приходится на конвекционный и радиационный теплообмен, осуществление которого становится возможным за счет расширения кровеносных сосудов, автономный и нейроэндокринный контроль обмена веществ, потоотделения и кровообращения, имеет важное значение для терморегуляции, а также поддержания нормального состояния здоровья и физической работоспособности.

Во время интенсивных физических упражнений, реакция эндокринной системы, регулируемая автономной нервной системой, обеспечивает терморегуляцию, вентиляцию легких, изменение функции кардиореспираторной и иммунной систем, а также поддержание водно-солевого баланса. В реализации этих всеобъемлющих изменений участвуют симпато-адреномедуллярная система, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система, эндогенные опиоидные мессенджеры (т. е. эндорфины, диморфины, энкефалины) и гормоны, регулирующие водно-солевой баланс (Borer, 2003). Во время двигательной активности и в состоянии покоя автономная нервная система воздействует на терморегуляцию организма преимущественно посредством судомоторных (т. е., оказывая влияние на потовые железы) и вазомоторных (т. е., изменяя просвет кровеносных сосудов) реакций. Судомоторная реакция способствует увеличению рассеяния тепла за счет выделения и испарения пота. Повышение температуры воспринимается центральными и периферическими терморецепторами, и это приводит к активации потовых желез через симпатические холинергические нейроны. Те же терморецепторы влияют и на вазомоторную реакцию (т. е. расширение или сужение поверхностных кровеносных сосудов), принимая участие в контроле кровообращения в кожных покровах и регулируя таким образом радиационный и конвекционный теплообмен с окружающей средой.

В отсутствие двигательной активности термин термогенез относится к адаптивным или регуляторным повышениям уровня метаболизма, связанным с избыточным потреблением пищи (пищевой термогенез); воздействием холода; приспособлением к пониженной температуре и пробуждением после сна (несократительный термогенез) либо реакцией на заболевание, травму или стресс (часто называют еще повышенным обменом веществ). Несмотря на то что основной контроль термогенеза осуществляется преоптической областью переднего гипоталамуса, на продукцию тепла могут оказывать влияние и некоторые другие структуры нервной системы. К их числу может относиться вентромедиальный гипоталамус, задний гипоталамус, паравентрикулярные ядра, кора головного мозга, гиппокамп и такие образования ствола головного мозга, как ядро шва и голубоватое пятно (locus ceruleus) (Rothwell, 1994). Кроме того, в экспериментах на животных было показано, что ряд пептидов (кортиколиберин, тиреолиберин, инсулин, β -эндорфин, ангиотензин, соматостатин, у-меланоцитстимулирующий гормон) и цитокины (IL-la, IL-ip, IL-6, IL-8, IFN-y, TNF-a) повышают уровень метаболизма.

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒