Приспособленность человека к температуре
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
Презентации к уроку
Акклиматизация — это процесс постепенного приспособления организма человека к новым климатическим условиям. В основе акклиматизации лежит способность организма приспосабливаться (перестраиваться) к новым условиям, чтобы обеспечить постоянство внутренней среды (температуру тела, кровяное давление, обмен веществ и т. п.). В процессе акклиматизации в определённой степени ухудшается самочувствие человека, появляется усталость и снижается работоспособность. Чем больше отличаются климатические условия нового места пребывания от привычных, чем хуже человек подготовился к жизни в новых условиях, тем сложнее и продолжительнее протекает процесс акклиматизации.
Акклиматизация при перемене места жительства неизбежна, так как любой организм реагирует на изменения, происходящие во внешней среде, и приспосабливается к ним. Но у разных людей акклиматизация идёт по-разному. Отмечено, что здоровые, закалённые люди, обладающие хорошей физической подготовкой, быстрее и с меньшими отклонениями приспосабливаются к новым условиям существования. Кроме того, более успешной акклиматизации способствует умение человека изменить свой режим жизни, одежду, питание и привести их в соответствие с новыми условиями, используя опыт местных жителей.
Поэтому к отдыху, который будет проходить в других климатических условиях, надо готовиться и постараться сделать всё, чтобы помочь организму быстрее приспособиться к новым условиям. Для того чтобы увеличить возможности организма к быстрой акклиматизации, необходима постоянная и интенсивная физическая подготовка задолго до поездки. Ежедневное выполнение физических упражнений, закаливающих процедур, бег, ходьба на лыжах, участие в турпоходах — всё это значительно увеличивает адаптационные возможности вашего организма.
Прибыв к месту отдыха, не торопитесь сразу получить все удовольствия в один день, постоянно контролируйте своё самочувствие и возможности, не перегружайте себя излишним пребыванием на солнце, чрезмерным и многократным купанием, разумно планируйте нагрузки. Всё делайте в меру. Для примера рассмотрим некоторые особенности акклиматизации в разных климатических условиях.
Акклиматизация в условиях холодного климата
Акклиматизация в холодном климате, особенно в условиях Крайнего Севера, связана с приспособлением к таким факторам, как низкие температуры воздуха, сильный ветер, нарушение светового режима (полярная ночь и полярный день). Акклиматизация здесь может длиться продолжительное время и сопровождаться чрезмерной утомляемостью, непреодолимой сонливостью, снижением аппетита. По мере привыкания человека к новым условиям эти неприятные явления проходят.
Ускорению акклиматизации в условиях холодного климата помогает правильная организация питания. В это время рацион питания по калорийности следует увеличить по сравнению с привычным для вас рационом. Пища должна содержать необходимый набор витаминов и микроэлементов. В условиях холодного климата одежда должна обладать повышенными теплозащитными и ветрозащитными свойствами.
Акклиматизация в условиях жаркого климата
Условия жаркого климата могут быть различны. Так, для субтропиков и тропиков характерна высокая температура, влажность и солнечная радиация; для зон пустынь — высокая температура, солнечная радиация и пониженная влажность воздуха. Начало акклиматизации в условиях жаркого климата может сопровождаться мышечной слабостью, сердцебиением, повышенным потоотделением. В условиях жаркого климата увеличивается вероятность теплового и солнечного удара.
Тепловой удар (состояние, которое возникает при общем перегревании и характеризуется усталостью, головной болью, слабостью, головокружением) наиболее возможен при высокой температуре и влажности. При этих условиях нарушается теплообмен организма с окружающей средой — происходит перегревание организма.
Солнечный удар может случиться, если долго находиться под лучами солнца с непокрытой головой. Последствия солнечного удара не отличаются от последствий теплового удара.
Чтобы избежать этих и других неприятностей, важно с первого дня приспособить свой режим к местным климатическим условиям. Для этого стоит внимательно присмотреться к одежде и режиму дня местных жителей. В жару лучше надевать одежду светлых тонов из хлопчатобумажной ткани, на голове носить лёгкий белый головной убор. В жаркий день надо чаще быть в тени, в самое знойное время (с 13 до 16 ч) можно поспать.
Нельзя чрезмерно увлекаться загаром. Лучше загорать в утренние часы с постепенным увеличением дозы солнечных ванн.
Чтобы быстрее акклиматизироваться, очень важно соблюдать водно-солевой режим, при котором обеспечивается нормальное соотношение между количеством поступающих в организм и выводимых из него воды и минеральных солей.
В жару пить надо не только для того, чтобы утолить жажду, но и чтобы возместить потерю воды и минеральных солей, которые вместе с потом уходят из тела. Пить нужно медленно, небольшими глотками. Можно пить минеральную воду, хорошо утоляет жажду чай.
Обратим ваше внимание на несколько общих положений для обеспечения ускоренной акклиматизации при смене климатических условий. В первые дни пребывания на новом месте не перегружайте себя различными мероприятиями, особенно если поездка была связана со сменой часовых поясов. Дайте возможность организму привыкнуть к новым условиям в течение двух- трёх дней.
Соблюдайте питьевой режим с учётом местных условий и потребностей вашего организма. Не увлекайтесь блюдами местной кухни, попробовать их можно, но в питании лучше придерживаться привычных продуктов. Во всём соблюдайте меру. Постоянно контролируйте своё самочувствие и физическое состояние. Не делайте ничего через силу и без желания.
Главная цель вашей поездки — не установить в чём-то рекорд любой ценой, а познать мир и укрепить своё здоровье.
Проверьте себя
■ Что такое акклиматизация и в чём она проявляется?
■ Какие факторы прежде всего способствуют быстрой акклиматизации человека в новых условиях?
■ В чём состоят особенности акклиматизации в условиях жаркого климата?
■ Достаточна ли ваша физическая подготовка для того, чтобы совершить поездку в страну с жарким климатом?
После уроков
Продумайте, как избежать в местах с жарким климатом теплового и солнечного удара. Рекомендации занесите в дневник безопасности.
Продумайте меры безопасности, которые необходимо соблюдать в местах с холодным климатом. Подберите примеры из научно-популярной и художественной литературы. Разработайте для себя рекомендации в вопросах одежды, режима дня и питания на случай, если вы окажетесь в местах с холодным климатом.
Дополнительный материал
Источник
Температурные адаптации растений
Функциональная деятельность живых биологических cистем существенно зависит от температурного уровня окружающей среды. В первую очередь это касается организмов, не способных поддерживать постоянную температуру тела (все растения и многие животные). Именно у таких организмов (пойкилотермных) повышение температуры до определенного предела значительно ускоряет физиологические процессы: темпы роста и развития (у насекомых, пресмыкающихся), прорастание семян, рост листьев и побегов, цветение и т. д.
Чрезмерное повышение температуры вызывает гибель организмов вследствие тепловой денатурации белковых молекул, необратимых изменений структуры биологических коллоидов клетки, нарушения деятельности ферментов, резкого усиления гидролитических процессов, дыхания и др. С другой стороны, заметное снижение температуры ниже О °С может вызвать гибель клеток и всего организма.
В природных условиях температура очень редко держится на уровне, благоприятном для жизни. Ответом на это является возникновение у растений и животных специальных приспособлений, которые ослабляют вредное действие колебаний температуры. Это, в частности, комплекс свойств и адаптивных приспособлений, которые формируют соответствующий уровень зимостойкости и морозоустойчивости растений.
· Зимостойкость – стойкость растений к комплексу неблагоприятных факторов зимнего периода (чередования морозов и оттепелей, ледяной корки, вьмокания, выпревания и др.). Обусловливается и обеспечивается переходом растений в состояние органического покоя, размещением почек в защищенных местах, накоплением энергетического материала (крахмала, жиров), сбрасыванием листьев, адаптивными реакциями организмов.
· Морозоустойчивость – способность клеток, тканей и целых растений без повреждений переносить действие морозов. Благодаря многим физиолого-биохимическим приспособлениям и свойствам у морозоустойчивых растений образование льда происходит при более низкой температуре, чем у менее морозоустойчивых, и сопровождается меньшими повреждениями.
· Холодостойкость – свойство ранневесенних растений (эфемеров и эфемероидов) успешно произрастать при низких плюсовых температурах. Этот термин используется также для характеристики теплолюбивых растений (кукуруза, огурцы, арбузы).
Зимо- и морозоустойчивость характерны для растений только в зимний период, когда они успели закалиться и перейти в состояние покоя. В период же вегетации (летом) все растения не способны выдерживать даже кратковременное воздействие небольших морозов.
· Закаливание растений – формирование у растений способности успешно выдерживать неблагоприятные условия под влиянием специфических условий осеннего времени года. Имеет двухфазный характер. Во время первой происходит накопление углеводов, перераспределение питательных веществ между органами, чему способствует относительно теплая и солнечная погода. Во второй фазе при постепенном снижении температуры увеличивается количество осмотически активных веществ в вакуолях, уменьшается количество воды, изменяется состояние цитоплазмы – растения переходят в состояние покоя.
· Состояние покоя – качественно новый этап растительного организма, в который переходят зимующие растения с наступлением неблагоприятных условий. Характеризуется прекращением видимого роста и сведением к минимуму жизнедеятельности, отмиранием и опадением листьев и надземных органов травянистых многолетников, образованием чешуек на почках, толстого слоя кутикулы и коры на стеблях. В тканях и клетках накопляются ингибиторы, которые тормозят ростовые и формообразовательные процессы, что делает растения неспособными к прорастанию даже в самых благоприятных искусственно созданных условиях, а также во время случайных осенних и ран незимних потеплений.
Различают период (состояние) глубокого, или органического покоя, обусловленного соответствующей подготовкой и внутренним ритмом развития растительного организма, и период вынужденного покоя, в котором растения пребывают после глубокого покоя, когда их рост вынужденно сдерживается еще неблагоприятными условиями – низкой температурой, недостатком питательных веществ. Вынужденный покой легко прервать, создав растению благоприятные условия.
Из состояния глубокого покоя растения выходят с трудом, так как длительность его у большинства из них значительна – до конца января – февраля. Выход растений из этого состояния возможен только после его окончания и свершения в организме соответствующих биохимических и физиологических превращений, вызванных влиянием периода минусовых температур определенной длительности. После окончания периода покоя в растениях заметно увеличивается количество нуклеиновых кислот, исчезают ингибиторы роста и появляются ауксины – стимуляторы ростовых процессов.
Способность переходить в состояние покоя – необходимый этап онтогенеза растений, внутренне обусловленный ритмичностью физиолого-биохимических процессов. Это свойство возникло у растений в процессе эволюции как приспособительная реакция в ответ на периодические изменения температурных условий внешней среды.
Многие растения переходят в состояние покоя не только зимой, но и в летнее время. Это ранневесенние цветущие растения (тюльпаны, крокусы, пролески). Большое количество растений тропических районов, пустынь и полупустынь также переходит в состояние летнего покоя. Состояние покоя разной длительности характерно и для свежесобранных семян и плодов, клубней, луковиц, корнеплодов.
Существуют методы и приемы, с помощью которых можно вывести растения из состояния глубокого покоя. Это теплые ванны (37-39° С), обработка парами эфира, накалывание основы почек иглой и др.
Термальные изменения среды обитания организмов оказывают не только отрицательное, но и положительное влияние. Многие виды растений, чтобы перейти к цветению и полностью завершить свой жизненный цикл, нуждаются в периоде низких температур обычно небольшой длительности на определенном этапе онтогенеза. Примерами стимулятивного действия низких температур являются:
1. Процесс яровизации – переход проросших семян озимых культур холодовым воздействием в состояние развития (образование репродуктивных органов).
2. Стратификация – воздействие на хранящиеся в определенных условиях влажности семена низкой температурой с целью подготовки их к прорастанию. В естественных условиях подготовка семян с твердыми оболочками к прорастанию осуществляется в ссенне-зим-ний период, т. е. с обязательным воздействием на них периода низких и минусовых температур.
3. Образование цветковых стрелок прорастающими луковицами возможно только в случае предварительного их нахождения при низких температурах.
4. Понижение температуры в сочетании с другими факторами инициирует переход многолетних растений в состояние органического покоя, которое наиболее эффективно для успешного перенесения совокупности неблагоприятных факторов зимы.
Скорость прохождения этапов жизненного цикла растений и животных, их рост и развитие существенно зависят от температуры. Так, нормальный обмен веществ у растений и пойкилотермных животных после холодового угнетения (зимней спячки, периода покоя) восстанавливается при определенной для каждого вида температуре, которая называется температурным порогом развития. Чем более температура среды превышает пороговую, тем интенсивнее протекает развитие организма. Для оценки количества тепла, получаемого растением для завершения периода вегетации или прохождения жизненного цикла животных от яйца или икринки до взрослой особи, используют показатель суммы эффективных температур (Σt), получаемой суммированием ежедневных превышений среднесуточной температуры воздуха определенной ее величины, соответствующей температурному порогу развития.
Пороговой температурой начала вегетации большинства представителей растительности умеренной зоны считают достижение среднесуточной температуры 5 °С, для культурных растений – 10 °С, для теплолюбивых – 15 °С, для личинок большинства животных – О °С.
| Растение | Σt, °С |
| Корнеплоды | 1000-1500 |
| Зерновые, лен, травы, картофель | 1400-2200 |
| Кукуруза, подсолнечник, сахарная свекла | 2200-3400 |
| Хлопчатник, кенаф, кендырь, рис | 3500-4000 |
| Многолетние субтропические растения (чай, цитрусовые) | больше 4000 |
По величине общей суммы температур судят о теплолюбивости организмов, наступлении этапов онтогенеза, определяют начало вылета насекомых-паразитов, появление гусениц-листогрызов, генераций тлей, бабочек плодожорки и т. д. Все это позволяет планировать и осуществлять эффективные мероприятия по подкормке растений и борьбе с их вредителями.
От посева до созревания семян разные растения требуют разной суммы эффективных температур, значение которой может заметно меняться от климатической ситуации и биологических свойств организма (таб.):
Температурные адаптации животных
По сравнению с растениями животные обладают более разнообразными возможностями регулировать температуру тела, а именно:
· путем химической терморегуляции – активным изменением величины теплопродукции повышением метаболизма;
· путем физической терморегуляции – изменением уровня теплоотдачи на основе развития теплозащитных покровов, особыми устройствами крoвеносной системы, распределением жировых запасов, особенно в бурой жировой ткани и т. п.
Кроме того, некоторые особенности поведения животных также cпособствуют существованию их в изменчивых условиях среды: выбор места с благоприятными микроклиматическими условиями – зарывание в песок, в норки, под камни (животные жарких степей и пустынь), активность в определенный период суток (змеи, тушканчики, суслики), сооружение хранилищ, гнезд и др.
Одно из самых важных прогрессивных приспособлений – способность к терморегуляции организма у млекопитающих и птиц, их теплокровность. Благодаря этому экологически важному приспособлению высшие животные относительно независимы от температурных условий среды.
Важное значение для поддержания температурного баланса имеет отношение поверхности тела к его объему, так как количество выработанного тепла зависит от массы тела, а теплообмен осуществляется через покровы.
На связь размеров и пропорций тела животных с температурно-климатическими условиями указывает правило Бергмана, согласно которому из двух близких видов теплокровных, отличающихся размерами, более крупный обитает в более холодном климате, а также правило Аллепа, по которому у многих млекопитающих и птиц северного полушария относительные размеры конечностей и других выступающих частей (ушей, клювов, хвостов) увеличиваются к югу и уменьшаются к северу (для уменьшения теплоотдачи в холодном климате).
Начало формы
Источник