Адаптация человека к различным температурам
Сущность температурной адаптации
Рассмотренные в предыдущей главе регуляторные механизмы – термогенез, сосудодвигательные реакции, потоотделение – всегда готовы к действию и могут включиться в течение нескольких секунд или минут после наступления температурного стресса. Кроме них существуют другие механизмы, обеспечивающие продолжительную адаптацию к климатическим изменениям в окружающей среде.
В физиологии понятие адаптации означает совокупность физиологических реакций, лежащих в основе приспособления организма к изменению окружающих условий и направленных на сохранение относительного постоянства его внутренней среды
Соответствующие процессы, называемые также акклиматизацией, основаны на таких модификациях органов и функциональных систем, которые развиваются под влиянием продолжительных (в течение дней, недель или месяцев) постоянных или повторяющихся температурных стрессов.
В зависимости от типа температурного стресса различают тепловую и холодовую адаптацию. Механизм каждой из них будет подробно рассмотрен в следующих параграфах.
Тепловая адаптация
Способность людей адаптироваться теплу играет решающую роль для выживания в условиях тропиков или пустынь, а также для выполнения тяжелой работы при высокой температуре на производстве.
Наиболее важный сдвиг, возникающий в ходе тепловой адаптации, – это изменение интенсивности потоотделения, которая может возрастать в два-три раза и у хорошо тренированных людей составляет 1 – 2 литра в час.
Кроме этого, выделение пота начинается при более низкой средней кожной и внутренней температурах. Следовательно, снижается температурный порог активации регуляторных механизмов и за счет этого уменьшается нагрузочная ошибка.
Благодаря этим изменениям уменьшается средняя температура тела при данной тепловой или рабочей нагрузке, что служит защитой от чрезмерного учащения сердцебиения и увеличения периферического кровотока, т.е. от теплового удара.
Кроме того, в ходе адаптации содержание ионов в поте заметно снижается, что уменьшает опасность их чрезмерной потери.
При сильной тепловой нагрузке объем плазмы крови и концентрация гемоглобина снижаются, что приводит к уменьшению венозного притока и объема крови, выбрасываемого сердцем при сокращении. В ходе тепловой адаптации эти неблагоприятные изменения в кровеносной системе нейтрализуются путем увеличения объема плазмы и содержания в ней белков.
При длительной тепловой нагрузке, особенно в жарком климате, после периода интенсивного потоотделения скорость последнего уменьшается. Данное явление носит название гидромиоза. В его основе лежат до сих пор недостаточно выясненные периферические механизмы. Гидромиоз может рассматриваться как защитный механизм, предотвращающий неэкономичное выделение пота.
Одно из основных адаптационных изменений в противоположность общепринятому представлению состоит в том, что по мере развития тепловой адаптации при данном уровне потерь воды с потом усиливается. Частично это связано с более низким содержанием ионов в поту Физиология человека: В 3-ч томах. Т.3. Пер. с англ. / Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. – 3-е изд. – М.: Мир, 2005. – С.683..
Усиление жажды необходимо для поддержания водного баланса. Если потери воды не восполняются, может наступить летальная гипертермия.
Описанные выше приспособительные изменения вызываются кратковременными сильными тепловыми нагрузками. Другая форма приспособления существует у жителей тропиков, круглосуточно находящихся в условиях высокой температуры окружающей среды.
Интенсивность реакций у них не столь высока, чтобы вызывать потоотделение. Температурный порог потоотделения сдвинут в сторону более высокой температуры тела, в результате чего они меньше потеют при ежедневной тепловой нагрузке. Этот механизм назван толерантной тепловой адаптацией.
Холодовая адаптация
Многие виды животных адаптируются к холоду очень просто – благодаря отрастанию меха у них усиливается термоизоляция. Другой распространенный способ Холодовой адаптации, обнаруженный у мелких животных, – развитие недрожательного термогенеза и бурой жировой ткани.
У взрослого человека, подолгу находящегося на сильном морозе, не может отрасти волосяное покрытие или развиться недрожательный термогенез. Поэтому часто можно услышать мнение, что человек неспособен к какой-либо физиологической адаптации к холоду.
Однако сравнительно недавно ученые-физиологи выяснили, что в условиях продолжительного воздействия холода у людей развивается толерантная холодовая адаптация.
Температурный порог дрожи и кривые соответствующих метаболических терморегуляторных реакций смещаются в сторону более низких значений температур, вследствие чего может возникнуть умеренная гипотермия.
Например, аборигены Австралии могут провести целую ночь почти раздетые при температуре, близкой к нулю, без развития дрожи, а японские ныряльщицы за жемчугом проводят по нескольку часов в день в воде при температуре около 10?С.
Температурный порог дрожи может быть сдвинут в сторону более низких значений всего за несколько дней, если имеет место периодический холодовой стресс продолжительностью от получаса до часа. При этом температурный порог механизмов, ответственных за выведение из организма излишков тепла, остается неизменным.
Если воздействие холода более длительно или температура окружающей среды ниже нуля, такая форма адаптации становится непригодной. У эскимосов и других жителей Севера выработался другой механизм (метаболическая адаптация): у них интенсивность основного обмена стала на 25 — 50% выше.
Однако для большинства людей характерна не столько физиологическая, сколько поведенческая адаптация к холоду, т.е. использование теплой одежды и обогреваемых жилищ.
Источник
Каждый организм живет, развивается и эффективно размножается только в определенном интервале температур окружающей среды. На температурной шкале, таким образом, можно указать две точки, которые определяют зону жизни данного вида, называемую зоной температурной толерантности, и зону летальных температур, находящуюся вне зоны толерантности. Точки, ограничивающие зону температурной толерантности, называются критическими. Их определяют на основе данных о смертности особей на границе зоны толерантности. В границах зоны температурной толерантности и за ее пределами существует ряд характерных проявлений или реакций организма. Центр зоны толерантности составляет тепловой оптимум, в границах которого все процессы жизнедеятельности протекают наиболее экономично. В полосе высоких температур наступает явление температурного оцепенения. Дальнейшее повышение температуры приводит к перегреву организма и его гибели. При температурах ниже оптимальной организм вступает в неблагоприятную зону, где происходит оцепенение от холода. Дальнейшее понижение температуры, в особенности переход через 00, вызывает с начала переохлаждение жидкостей тела, после чего в зависимости от степени концентрации солей в этих жидкостях организм достигает точки критической температуры. В этой точке начинается замерзание жидкостей тела, причем температура организма с начала ненадолго повышается, после чего происходит медленное замерзание жидкостей тела, и организм переходит в состояние анабиоза. Полное замерзание жидкостей тела приводит к смерти. Летальное действие низких температур зависит от стадии развития организма.
У человека нормальная жизнедеятельность возможна в диапазоне всего в несколько градусов: понижение температуры тела ниже 360С и повышение выше 40-410С опасно и может иметь тяжелые последствия для организма (замерзание, тепловой удар).
Ощущение температуры окружающей среды зависит от температуры кожи, которая при температуре окружения 32-350С не чувствует ни переохлаждения, ни перегрева. Восприятия температурных условий среды связано с суточным ритмом метаболизма человека и сопутствующими условиями. Зона температурного комфорта для человека составляет 17-270С. Субъективное ощущение климатического комфорта связано с уровнем активности человека, температурой излучения, одеждой, температурой и относительной влажностью воздуха, а также скоростью ветра. В квартирах, где движение воздуха не имеет большой значимостью, условия теплообмена и самочувствие человека определяются температурными условиями и влажностью. Высокая влажность воздуха компенсирует более низкую температуру.
Температура окружающей среды, влияя на организм через рецепторы поверхности тела, изменяет направленность многих физиологических механизмов организма. Понижение температуры сопровождается повышением возбудимости нервной системы, а также усилением секреции гормонов надпочечников. Увеличивается уровень основного обмена. Общая и местная гипотермия вызывает ознобление кожи и слизистых оболочек, воспаление стенок сосудов и нервных стволов. Охлаждение при потении, резкие перепады температур и глубокое охлаждение внутренних органов приводят к простудным заболеваниям.
Влияние низких температур на человека усиливается под действием ветра. Совместному действию ветра и холода особенно подвержены руки и ноги, которые часто бывают открыты даже в условиях суровой зимы. Из трех частей лица: лба, щек и носа – самым чувствительным является лоб, который в нормальных условиях – одна из самых теплых областей поверхности тела.
Приспособление к холоду у человека обеспечивается различными способами. Критическая температура для европейца без одежды заключена в границах от 270 до 290С. При снижении температуры ниже критической европеец реагирует повышением обмена веществ. Однако коренные жители Австралии, особенно в ее центральной и южной частях, ночью спят, не укрывая тела. При ночном переохлаждении у спящих аборигенов наступает изоляционная гипотермия. Она заключается в охлаждении поверхности тела на несколько градусов без метаболических реакций, что приводит к уменьшению потерь тепла. Такая адаптация, однако, отсутствует у эскимосов, живущих в самых холодных арктических районах. Им присущи метаболические адаптации европейского типа. Это связано с характером одежды, которая идеально предохраняет их тело от температуры окружения, достигающей – 500С.
Таким образом, у человека при адаптации к холоду перестраиваются различные виды обмена веществ, сохраняются гипертрофированными надпочечники. Уплотняется поверхностный слой открытых участков кожи, увеличивается жировая прослойка, в охлажденных местах откладывается бурый жир. В реакции приспособления к холоду вовлекаются все физиологические системы организма. Повышается общий обмен веществ, усиливается функция щитовидной железы, кровообращения мозга, сердечной мышцы, печени, увеличивается количество катехоламинов. Это усиление метаболических реакций создает резерв существования организма при низких температурах.
При повышении температуры основной обмен у человека снижается. Первыми реагируют дыхательная и сердечно-сосудистая системы. Значительное повышение температуры вызывает расширение периферических кровеносных сосудов, учащение пульса и дыхания, увеличение минутного объема крови и снижение артериального давления. Кровоток в мышцах и во внутренних органах уменьшается. Также падает возбудимость нервной системы.
Сопротивляемость человека воздействию тепла значительно выше, чем воздействию холода, что обусловлено выделением пота. Этот процесс может удалять из тела человека энергию, в 14 раз превышающую величину ее производства при метаболизме в состоянии покоя. Таким образом, эффективность терморегуляции посредством выделения пота огромна.
При внезапном повышении температуры окружения человеческий организм реагирует расслаблением и невозможностью выполнения заданий, нормально осуществляемых при несколько более низких температурах. Появляется желание освободиться от одежды, сильная потливость и повышенная раздражительность. Приспособление к повышенной температуре длится, как правило, несколько дней и состоит в повышении температуры тела, замедлении ритма сердечной деятельности и возрастании потоотделения.
Если температура внешней среды достигает 27-380С (температура крови), теплоотдача осуществляется главным образом за счет потения. В случае его затруднения при высокой влажности окружающей среды происходит перегревание организма. Это сопровождается повышением температуры тела, нарушением вводно-солевого обмена и витаминного равновесия. Происходит образование недоокисленных продуктов обмена веществ. Начинается сгущение крови. При перегревании могут иметь место нарушения кровообращения и дыхания. Вначале имеет место повышение, а затем падение артериального давления. При многократно повторяющемся действии высоких температур происходит повышение толерантности к тепловым факторам. Изменение температуры окружающей среды в сторону от зоны температурного комфорта при срыве адаптацией сопровождается нарушением процессов саморегуляции и возникновением патологических реакций.
Основной формой защиты организма от перегрева является прохладная одежда – легкая, хорошо вентилируемая, длинная, со складками. Она сокращает на половину поглощение энергии излучения, а потери воды – до 2/3.
Источник
Одними из важнейших метеоэлементов являются температура и влажность. В условиях низкой относительной влажности большинству людей кажется, что температура ниже, чем в действительности, и наоборот. Установлено, что когда температура превышает 38, большинству людей становится жарко независимо от уровня влажности. Температура 28 С становится удручающей, если влажность превышает 70%.
Подобные ощущения можно объяснить следующим образом. В условиях воздействия повышенной температуры и влажности воздуха теплоотдача из организма в окружающую среду затруднена и может происходить только при напряжении механизмов физической терморегуляции (усиление потоотделения, расширение периферических сосудов). При повышении температуры окружающей среды до 33 С, что соответствует температуре кожи, теплоотдача за счет проведения становится неэффективной и осуществляется только за счет испарения. Если влажность воздуха увеличивается усложняется и этот путь теплоотдачи — в результате чего возможно перегревание организма.
Влияние высокой температуры на организм сопровождается понижением внимания, нарушением точности и координации движений, изменениями иммунологической реактивности организма (в крови образуются особые антитела — тепловые агглютины и гемолизины, которые вызывают склеивание и гибель собственных эритроцитов). Развивается анемия, а также гипоавитаминозы по группам С и В (витамины теряются с потом).
Влияние низкой температуры окружающей среды также приводит к напряжению системы терморегуляции. При длительном воздействии низких температур наблюдается переохлаждение (гипотермия). В состоянии гипотермии наблюдаются угнетение ЦНС, снижается чувствительность нервных клеток к недостатку кислорода и дальнейшего понижения температуры; ослабляется обмен веществ, уменьшается потребность в кислороде, организм при этом становится менее чувствителен к инфекции и интоксикации, нормально не функционирует иммунная система, что может привести, наконец, к гибели организма.
Адаптация человеческого организма к температурному фактору происходит в 3-х направлениях:
- За счет общих приспособительных физиологических реакций, которые связаны с функцией системы терморегуляции, с механизмами химической и физической терморегуляции, обеспечивающими способность организма работать в самых разных температурных условиях среды.
- В результате специализированных физиологических и анатомических адаптивных реакций, в основе которых лежат особенности генотипа.
- Вследствие культурной и социальной адаптации, связанных с обеспечением человека жильем, теплом, системой вентиляции и тому подобное.
Одновременно, не последнюю роль в развитии психических заболеваний и психосоматических расстройств играют сезонные колебания температуры. Особенно опасны для здоровья населения неожиданные повышения температуры. К ним наиболее чувствительны больные сердечно-сосудистыми заболеваниями и пожилые люди, смертность которых в таких условиях резко возрастает.
Еще одним из проявлений влияния окружающей среды на организм человека может быть так называемая горная болезнь. Она развивается в условиях высокогорья вследствие падения парциального давления атмосферных газов, прежде всего, кислорода. На высоте около 3 тыс. м н.у.м. насыщенность гемоглобина кислородом обеспечивается на 85%. В основе горной болезни лежит гипоксия — недостаток кислорода в тканях организма. При этом возникает одышка, слабость, головокружение, головная боль, часто наблюдается и отек легких, последнее может привести к гибели. На высоте 5 тыс. м н.у.м. может наступить коматозное состояние: вследствие гипоксии мозга больной теряет сознание, нарушается дыхание и кровообращение, происходят глубокие сдвиги в обмене веществ.
На человека влияет и изменение в атмосфере концентрации озона. Истощение озонового слоя приводит к повышению уровня ультрафиолетового излучения и, как уже ранее указывалось, может привести к таким патологиям, как рак кожи, угнетение иммунной системы и катаракты. Большие концентрации озона в воздухе вызывают отравление человека (усталость, раздражительность, удушливый кашель, головокружение).
Необходимо отметить, что действие физических факторов окружающей среды не всегда является только прямым, довольно часто они влияют на организм человека опосредованно. Например, повышение содержания СО2 в воздухе меняет характер теплового излучения из атмосферы в космос, вызывая так называемый парниковый эффект. Анализ влияния процесса глобального потепления, которое происходит на планете, показал вероятную его связь с распространенностью паразитов и возбудителей других инфекционных заболеваний. Повышение температуры в результате потепления усиливает биологическую активность и способствует размножению переносчиков инфекционных болезней — комаров, мух.
Таким образом, основой влияния окружающей среды на организм человека является гелиофизическая активность, которая проявляется на Земле как непосредственно (радиоизлучение, инфракрасное излучение Солнца и видимый свет), так и косвенно. Внешняя среда, прежде всего, влияет на нервную систему организма.
Источник