Приспособление человека к низким температурам
Приспособление к холоду – наиболее трудно – достижимый и быстро утрачиваемый без специальных тренировок вид климатической адаптации человека. Объясняется это тем, что, согласно современным научным представлениям, наши предки жили в условиях теплого климата и были гораздо больше приспособлены к защите от перегревания. Наступившее похолодание было относительно быстрым и человек, как вид, “не успел” приспособиться к этому изменению климата большей части планеты. Кроме того, к условиям низких температур люди стали приспосабливаться, в основном, за счет социальных и техногенных факторов – жилища, очага, одежды. Однако, в экстремальных условиях человеческой деятельности (в том числе в альпинистской практике) физиологические механизмы терморегуляции – “химическая” и “физическая” ее стороны становятся жизненно важными.
Первой реакцией организма на воздействие холода является снижение кожных и респираторных (дыхательных) потерь тепла за счет сужения сосудов кожи и легочных альвеол, а также за счет уменьшения легочной вентиляции (снижение глубины и частоты дыхания). За счет изменения просвета сосудов кожи кровоток в ней может варьировать в очень широких пределах – от 20 мл до 3 литров в минуту во всей массе кожи.
Сужение сосудов приводит к снижению температуры кожи, но когда эта температура достигает 6 С и возникает угроза холодовой травмы, развивается обратный механизм – реактивная гиперемия кожи. При сильном охлаждении может возникнуть стойкое сужение сосудов в виде их спазма. В этом случае появляется сигнал неблагополучия – боль.
Снижение температуры кожи кистей рук до 27 ? С связано с ощущением “холодно”, при температуре, меньшей 20 ? С – “очень холодно”, при температуре меньше 15 ? С – “невыносимо холодно”.
При воздействии холода вазоконструкторные (сосудосуживающие) реакции возникают не только на охлажденных участках кожи, но и в отдаленных областях организма, в том числе во внутренних органах (“отраженная реакция”). Особенно выражены отраженные реакции при охлаждении стоп – реакции слизистой носа, органов дыхания, внутренних половых органов. Сужение сосудов при этом вызывает снижение температуры соответствующих областей тела и внутренних органов с активизацией микробной флоры. Именно этот механизм лежит в основе так называемых “простудных” заболеваний с развитием воспаления в органах дыхания (пневмонии, бронхиты), мочевыделения (пиелиты, нефриты), половой сферы (аднекситы, простатиты) и т.д.
Механизмы физической терморегуляции первыми включаются в защиту постоянства внутренней среды при нарушении равновесия теплопродукции и теплоотдачи. Если этих реакций недостаточно для поддержания гомеостаза, подключаются “химические” механизмы – повышается мышечный тонус, появляется мышечная дрожь, что приводит к усилению потребления кислорода и увеличению теплопродукции. Одновременно возрастает работа сердца, повышается кровяное давление, скорость кровотока в мышцах. Подсчитано, что для поддержания теплобаланса обнаженного человека при неподвижном холодном воздухе необходимо увеличение теплопродукции в 2 раза на каждые 10о снижения температуры воздуха, а при значительном ветре теплопродукция должна удваиваться на каждые 5о понижения температуры воздуха. У тепло одетого человека удвоение величины обмена будет компенсировать понижение внешней температуры на 25?.
При многократных контактах с холодом, локальных и общих, у человека вырабатываются защитные механизмы, направленные на предотвращение неблагоприятных последствий холодовых воздействий. В процессе акклиматизации к холоду повышается устойчивость к возникновению отморожений (частота отморожений у акклиматизированных к холоду лиц в 6 – 7 раз ниже, чем у неакклиматизированных). При этом, в первую очередь, происходит совершенствование сосудодвигательных механизмов (“физическая” терморегуляция). У лиц, длительно подвергающихся действию холода, определяется повышенная активность процессов “химической” терморегуляции – основной обмен; у них повышен на 10 – 15%. У коренных жителей Севера (например, эскимосов) это превышение достигает 15 – 30% и закреплено генетически.
Как правило, в связи с совершенствованием механизмов терморегуляции в процессе акклиматизации к холоду уменьшается доля участия скелетной мускулатуры в поддержании теплобаланса – становится менее выраженной интенсивность и продолжительность циклов мышечной дрожи. Расчеты показали, что за счет физиологических механизмов приспособления к холоду обнаженный человек способен переносить длительное время температуру воздуха не ниже 2оС. По-видимому, эта температура воздуха является пределом компенсаторных возможностей организма поддерживать теплобаланс на стабильном уровне.
Условия, при которых организм человека адаптируется к холоду, могут быть различными (например, работа в неотапливаемых помещениях, холодильных установках, на улице зимой). При этом действие холода не постоянное, а чередующееся с нормальным для организма человека температурным режимом. Адаптация в таких условиях выражена нечетко. В первые дни, реагируя на низкую температуру, теплообразование возрастает неэкономно, теплоотдача еще недостаточно ограничена. После адаптации процессы теплообразования становятся более интенсивными, а теплоотдача снижается.
Иначе происходит адаптация к условиям жизни в северных широтах, где на человека влияют не только низкие температуры, но и свойственные этим широтам режим освещения и уровень солнечной радиации.
Что же происходит в организме человека при охлаждении?
Вследствие раздражения холодовых рецепторов изменяются рефлекторные реакции, регулирующие сохранение тепла: сужаются кровеносные сосуды кожи, что на треть уменьшает теплоотдачу организма. Важно, чтобы процессы теплообразования и теплоотдачи были сбалансированными. Преобладание теплоотдачи над теплообразованием приводит к понижению температуры тела и нарушению функций организма. При температуре тела 35 ? С наблюдается нарушение психики. Дальнейшее понижение температуры замедляет кровообращение, обмен веществ, а при температуре ниже 25 ? С останавливается дыхание.
Одним из факторов интенсификации энергетических процессов является липидный обмен. Например, полярные исследователи, у которых в условиях низкой температуры воздуха замедляется обмен веществ, учитывают необходимость компенсировать энергетические затраты. Их рационы отличаются высокой энергетической ценностью (калорийностью).
У жителей северных районов более интенсивный обмен веществ. Основную массу их рациона составляют белки и жиры. Поэтому в их крови содержание жирных кислот повышено, а уровень сахара несколько понижен.
У людей, приспосабливающихся к влажному, холодному климату и кислородной недостаточности Севера, также повышенный газообмен, высокое содержание холестерина в сыворотке крови и минерализация костей скелета, более утолщенный слой подкожного жира (выполняющего функцию теплоизолятора).
Однако не все люди в одинаковой степени способны к адаптации. В частности, у некоторых людей в условиях Севера защитные механизмы и адаптивная перестройка организма могут вызвать дезадаптацию – целый ряд патологических изменений, называемых “полярной болезнью”.
Одним из наиболее важных факторов, обеспечивающих адаптацию человека к условиям Крайнего Севера, является потребность организма в аскорбиновой кислоте (витамин С), повышающей устойчивость организма к , различного рода инфекциям.
Теплоизоляционная оболочка нашего тела включает поверхность кожи с подкожным жиром, а так же расположенные под ним мышцы. Когда кожная температура понижается ниже обычного уровня, сужение кровеносных сосудов кожи и сокращение скелетных мышц повышают изоляционные свойства оболочки. Установлено, что сужение сосудов пассивной мышцы обеспечивает до 85% общей изоляционной способности организма в условиях экстремально низких температур. Эта величина противодействия теплопотерям в 3 – 4 раза превышает изоляционные способности жира и кожи.
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
Учебник Биология – ВУНМЦ 2000
Глава 6. БИОЦЕНОТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО
6.2. МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АНТРОПОГЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДЫ
6.2.5. МЕХАНИЗМ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ОРГАНИЗМА К ФАКТОРАМ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ФАКТОРА)
Искусственная среда обитания, созданная человеком, может сгладить прямое воздействие природных факторов, но не может полностью отделить его от природы. В отношении каждого фактора организм вырабатывает приспособительные реакции. Например, рассмотрим влияние температурного фактора на организм человека и ответную реакцию на него.
6.2.5.1. Приспособление организма человека к температуре в окружающей среде
Температурный фактор – обязательное условие существования живого; температура влияет на все функции организма. В процессе эволюции животного мира имело место совершенствование систем регуляции теплообмена со средой.
Внешние температурные воздействия человек воспринимает периферическими рецепторами – холодовыми и тепловыми. От них сигналы о температурном воздействии поступают в головной мозг, в центр терморегуляции – гипоталамус, а от него в кору больших полушарий. Кора и гипоталамус регулируют работу органов, непосредственно участвующих в ответных реакциях, обеспечивая приспособление организма к новым температурным условиям.
При низких температурах во внешней среде происходит сужение кожных и подкожных сосудов, перераспределение крови в кровеносном русле. В результате уменьшается ее количество в периферической зоне и сокращается теплоотдача с поверхности тела. Увеличение крови в сосудах брюшной полости способствует сохранению тепла во внутренних органах. При резком охлаждении тела включается особый механизм – холодовая дрожь, приводящая к увеличению теплообразования. Дрожь – это непроизвольная мышечная активность. Кроме того, усиливается выделение физиологически активных веществ, стимулирующих энергообмен во всех тканях. В результате этого происходит накопление тепла, и температура тела поддерживается на устойчивом уровне.
Перераспределение кровотока и мышечное дрожание называют физической теплорегуляцией. Эти реакции проявляются моментально при попадании человека в условия пониженной температуры во внешней среде. Биохимические процессы, обеспечивающие выработку тепла, называют химической терморегуляцией.
В условиях повышенных температур и перегревания организма первыми также активизируются механизмы физической терморегуляции. Происходит перераспределение крови, увеличивается ее количество в поверхностных тканях при расширении кожных и подкожных сосудов. Это обеспечивает теплоотдачу посредством радиации (теплоизлучения) и конвекции (скорости движения воздуха).
Успешное протекание этих процессов возможно в тех случаях, когда температура наружных слоев кожи выше температуры окружающей среды. Возрастает теплоотдача при испарении жидкости с поверхности дыхательных путей и кожи. Велико значение потоотделения для поддержания температуры тела в условиях нагревающего микроклимата. Теплоотдача путем испарения с поверхности кожи особенно важна, когда окружающая температура превышает температуру поверхности тела. Лица с ослабленным потоотделением обычно обладают пониженной сопротивляемостью к высоким температурам. Хорошо выраженная способность к секреции пота обеспечивает лучшую приспособленность организма к тепловым нагрузкам, его более высокую термоустойчивость.
Выработка организмом тепла уменьшается при химической терморегуляции.
Процесс терморегуляции сложный и затрагивает все системы организма. В регуляции температуры тела участвуют не только центральная нервная система, но и железы внутренней секреции, щитовидная и надпочечники, деятельность которых контролируется нервной системой.
Эффективность механизмов защиты от перегревания и переохлаждения организма повышается в случае длительного пребывания человека в условиях высоких или низких температур во внешней среде. Это явление называют температурной адаптацией, или температурной акклиматизацией.
В условиях температурного комфорта в теплонейтральной зоне организм не нуждается в работе механизмов терморегуляции, не требуется ни дрожи, ни выделения пота, и кровоток в периферических органах сохраняет обычную скорость.
ПредыдущаяСодержаниеСледующая
Источник