Работоспособность человека при низких температурах

При снижении температуры окружающей среды происходит увеличение разницы между внешней температурой и температурой тела. Вследствие этого увеличиваются потери тепла организмом через теплоотдачу проведени­ем, конвекцией и радиацией. Для борьбы с потерями тепла служат механиз­мы, активируемые гипоталамическим центром терморегуляции: сужение кожных сосудов и увеличение теплопродукции. Поскольку эти механизмы могут не обеспечить достаточную теплоизоляцию, мы используем также теп­лую одежду и запасы подкожного жира, который имеет низкую теплопровод­ность и поэтому является хорошим теплоизолятором. Теплопотери зависят также от отношения поверхности тела к его массе. Чем крупнее человек, тем меньше это отношение и легче бороться с гипотермией. Соответственно у маленьких детей это отношение большое и им труднее поддерживать посто­янную температуру тела в условиях пониженной внешней температуры. У женщин и мужчин примерно одинакового веса, состава тела и уровня физи­ческой подготовленности толерантность к пониженной температуре почти одинакова.

Сужение периферических сосудов, вызываемое симпатической нерв­ной системой, способствует ограничению переноса тепла из глубоких слоев тела к поверхности. Кроме того, сужение сосудов способствует увеличению теплоизоляционных свойств оболочки. Сужение кожных сосудов особенно значительно в конечностях, прежде всего в пальцах рук и ног, где кровоток может уменьшиться в 100 и более раз. Сосуды головы значительно менее подвержены сужению на холоде. В результате сужения периферических сосудов ядро тела предохраняется от охлаждения, а температура кожи снижается. Происходит уменьшение градиента температур между кожей и окружаю­щей средой, уменьшается отдача тепла телом. Интенсивность метаболизма кожи при снижении ее температуры также уменьшается, поэтому уменьшает­ся потребность в кислороде. В результате снижения кожной температуры, особенно температуры пальцев рук и ног, ушных раковин, возникает воз­можность обморожения. Первые признаки обморожения – резкое побледне-ние кожных покровов.

Увеличение теплопродукции в условиях низкой внешней температуры обеспечивается двумя механизмами: холодовой дрожью и произвольной активностью локомоторного аппарата. Холодовая дрожь может увеличить теплопродукцию в 4-5 раз. При снижении внешней температуры с комфортного уровня 29°С до 22°С у обнаженного человека, находящегося в покое, тепло в теле сохраняется за счет сужения периферических сосудов. При дальнейшем снижении внешней температуры наступает холодовая дрожь, вызывающая увеличение теплопродукции в организме. Чем ниже внешняя температура, тем больше мышечных групп вовлекается в холодовую дрожь и тем она ста­новится сильнее. Отдельный интерес представляет проблема теплопотерь в холодной воде. В воде основным способом теплоотдачи является проведение. Поскольку теплопроводность воды значительно (в 26 раз) выше, чем воздуха, интенсивность теплопотерь проведением в ней в 26 раз выше, чем в воздухе. С учетом других способов теплоотдачи (конвекции, радиации, потоиспарения) тело отдает тепло в воде в 4 раза быстрее, чем в воздухе. Если темпера­тура воды не ниже 32°С, температура ядра тела человека, находящегося в во­де без движения, остается постоянной. При снижении температуры воды ни­же 32°С теплопотери увеличиваются в такой степени, что не могут быть компенсированы теплопродукцией, и возникает гипотермия. Теплоизоляция в воде в значительной степени зависит от количества подкожного жира. Люди с избыточным весом значительно лучше переносят плавание в холодной воде, чем худые. Глубина гипотермии зависит от температуры воды и длительности пребывания в ней. При температуре воды 15°С ректальная температура человека уменьшается каждый час на 2,1°, при температуре воды 4°С – на 3,2°С. Отдача тепла увеличивается при движении человека относительно во­ды из-за увеличения конвекции. В этом смысле физические нагрузки в хо­лодной воде оказывают отрицательное влияние на систему поддержания тем­пературы тела. Однако повышение теплопродукции, сопровождающее дви­жение в воде, оказывается заметно выше, чем потери, связанные с конвекци­ей. При интенсивной мышечной деятельности (15 ккал/мин) удается поддер­живать постоянство ректальной температуры при температуре окружающей воды 17,5°С, при разнице между кожной температурой и температурой ядра около 17°С. Однако такого рода холодовых стрессов следует избегать. Опти­мальная температура воды для проведения соревнований – 24-28°С.

Во время выполнения мышечной работы небольшой интенсивности в условиях пониженной температуры потребление кислорода повышено по сравнению с работой в комфортных условиях за счет холодовой дрожи. При увеличении интенсивности работы зависимость потребления кислорода от температуры исчезает в связи с прекращением холодовой дрожи. Интенсив­ные физические нагрузки служат мощным фактором разогрева. Достаточно сравнить повышение интенсивности обмена при холодовой дрожи (в 2-5 раз) и при интенсивной мышечной деятельности (в 20-30 раз). Выполнение физических упражнений при пониженной, но не минусовой температуре в некото­рых отношениях предпочтительнее по сравнению с жаркими условиями, по­скольку улучшает условия теплоотдачи. В исключительно холодных условиях теплопотери могут превышать количество образуемого тепла и тогда раз­вивается состояние гипотермии. Выполнение физических нагрузок в условиях пониженной внешней температуры создает необычные условия для работы мышц. Значительное охлаждение мышц сопровождается снижением их со­кратительных и скоростных свойств. Как следствие этого для выполнения той же внешней работы нужно прикладывать больше усилий. Это приводит к быстрому развитию утомления и снижает интенсивность работы. Если усло­вия выполнения работы благоприятны, т.е. защита от внешней температуры одеждой и интенсивность метаболизма достаточны для поддержания температуры работающих мышц на уровне, близком к оптимальному, интенсив­ность работы не страдает. Однако при продолжении работы на фоне развивающегося утомления происходит снижение ее интенсивности и, следовательно, интенсивности метаболизма, уменьшаются образование тепла и, со­ответственно, температура работающих мышц. Снижение температуры мышц приводит к еще большему утомлению и дальнейшему снижению температу­ры мышц. Этот порочный круг возникает при очень низких температурах и ведет к значительному падению работоспособности. При работе в условиях низких температур возникают характерные изменения в обеспечении рабо­тающих мышц субстратами метаболизма. Наиболее характерным признаком аэробной работы является преимущественное использование в качестве суб­страта для окислительного метаболизма свободных жирных кислот, обра­зующихся в результате расщепления нейтрального жира в жировой ткани. Основные запасы жира в организме находятся в подкожной жировой клет­чатке. Активация гидролиза нейтральных жиров при работе обеспечивается увеличением уровня гормонов мозгового слоя надпочечников – адреналина и норадреналина (катехоламинов) в крови. При работе в холодных условиях уровень катехоламинов в крови повышается больше, чем при работе в опти­мальных условиях. Однако концентрация свободных жирных кислот при этом удерживается на довольно низком уровне. Причины этого явления, воз­можно, связаны с происходящим на холоде сужением кровеносных сосудов в коже и подкожном слое. Это ухудшает доступ катехоламинов к жировой тка­ни и, таким образом, замедляет процесс образования свободных жирных ки­слот и их поступление из жировой ткани в кровь. Метаболическим регулято­ром работы на холоде может оказаться уровень глюкозы в крови. Показано, что уменьшение уровня глюкозы в крови – гипогликемия – подавляет холо-довую дрожь и приводит к значительному снижению ректальной температу­ры. Почему это происходит – неясно. Следует отметить, что обычно уровень глюкозы при работе на холоде остается достаточно высоким.

Расстройства в функционировании организма, связанные с действием пониженной температуры. Длительное пребывание в условиях пони­женной температуры может сопровождаться опасными осложнениями – гипотермией и обморожениями. Показано, что для большинства людей нижний предел температуры ядра, совместимый с жизнью, составляет 23-25°С, одна­ко описаны случаи понижения температуры ядра до 18°С и ниже. Рекорд со­ставляет 9°С. При снижении температуры ядра ниже 34°С гипоталамический центр терморегуляции начинает «ошибаться», а при температуре 29°С полностью прекращает функционировать и организм оказывается неспособным поддерживать постоянную температуру тела. Интенсивность протекания метаболических реакций резко снижается: на 50% при снижении температуры на каждые 10°С. Пожалуй, наиболее серьезные изменения при понижении температуры тела происходят в деятельности сердца. Смертельные случаи при гипотермии связаны с остановкой сердца. Охлаждение оказывает тор­мозное влияние на функционирование водителя ритма сердца – сино-атриального узла. Происходит снижение ЧСС, которое наряду со снижением температуры тела приводит к резкому уменьшению сердечного выброса. Глубокая гипотермия – чрезвычайно опасное для жизни состояние, требую­щее лечения в стационаре. Обморожение – это состояние, возникающее при значительном снижении кожной температуры. Кожа при этом быстро охлаж­дается. В сочетании с уменьшением потребления кислорода и недостаточной интенсивностью метаболизма это может привести к развитию гангрены и от­миранию тканей. Прежде чем лечить обмороженные участки, их следует ра­зогреть.

Акклиматизация к холоду. Об акклиматизации к холоду известно не много. Происходит снижение потерь тепла и усиление основного метаболиз­ма, уменьшается сужение сосудов в коже, поэтому у акклиматизированных к холоду людей температура кожи выше. Повышение температуры кожи – это защитный механизм, позволяющий предотвратить холодовые повреждения кожных покровов и сохранить температуру лежащих глубже мышц в преде­лах, обеспечивающих координацию движений в условиях низкой температу­ры окружающей среды. В зависимости от характера воздействия холода на организм акклиматизация может проходить по-разному. Например, у австралийских аборигенов, ночующих на открытом воздухе при температуре окру­жающей среды около 0°С, происходит повышение порога холодовой дрожи, а у матросов, занятых разделкой рыбы в условиях низкой температуры, уменьшается снижение кровотока в коже.

При снижении температуры окружающей среды происходит увеличение разницы между внешней температурой и температурой тела. Вследствие этого увеличиваются потери тепла организмом через теплоотдачу проведением, конвекцией и радиацией. Для борьбы с потерями тепла служат механизмы, активируемые гипоталамическим центром терморегуляции: сужение кожных сосудов и увеличение теплопродукции. Поскольку эти механизмы могут нс обеспечить достаточную теплоизоляцию, мы используем также теплую одежду и запасы подкожного жира, который имеет низкую теплопроводность и поэтому является хорошим теплоизолятором. Теплопо- тери зависят также от отношения поверхности тела к его массе. Чем крупнее человек, тем меньше это отношение и легче бороться с гипотермией. Соответственно у маленьких детей это отношение большое и им труднее поддерживать постоянную температуру тела в условиях пониженной внешней температуры.

При снижении внешней температуры с комфортного уровня 29 °С до 22 °С у обнаженного человека, находящегося в покое, тепло тела сохраняется за счет сужения периферических сосудов. При дальнейшем снижении внешней температуры наступает холодовая дрожь, вызывающая; увеличение теплопродукции в организме. Чем ниже внешняя температура, тем больше мышечных групп вовлекается в холодовую дрожь и тем она становится сильнее.

Отдельный интерес представляет проблема теплопотерь холодной воде. В воде основным способом теплоотдачи является проведение, поскольку теплопроводность воды значительно (в 26 раз) выше, чем воздух.

С учетом других способов теплоотдачи (конвекции, радиации, пото- испарения) тело отдает тепло в воде в 4 раза быстрее, чем в воздухе.

Если температура воды не ниже 32 °С, температура ядра тела человека, находящегося в воде без движения, остается постоянной. При снижении температуры воды ниже 32 °С теплопотери увеличиваются в такой степени, что не могут быть компенсированы теплопродукцией, и возникает гипотермия. Теплоизоляция в воде в значительной степени зависит от количества подкожного жира. Люди с избыточным весом значительно лучше переносят плавание в холодной воде, чем худые.

Во время выполнения мышечной работы небольшой интенсивности в условиях пониженной температуры потребление кислорода повышено по сравнению с работой в комфортных условиях за счет холодовой дрожи. При увеличении интенсивности работы зависимость потребления кислорода от температуры исчезает в связи с прекращением холодовой дрожи. Интенсивные физические нагрузки служат мощным фактором разогрева. Достаточно сравнить повышение интенсивности обмена при холодовой дрожи (в 2-5 раз) и при интенсивной мышечной деятельности (в 20-30 раз). Выполнение физических упражнений при пониженной, но не минусовой температуре в некоторых отношениях предпочтительнее по сравнению с жаркими условиями, поскольку улучшает условия теплоотдачи.

В исключительно холодных условиях теплопотери могут превышать количество образуемого тепла и тогда развивается состояние гипотермии. Выполнение физических нагрузок в условиях пониженной внешней температуры создает необычные условия для работы мышц.

Значительное охлаждение мышц сопровождается снижением их сократительных и скоростных свойств. Как следствие этого для выполнения той же внешней работы нужно прикладывать больше усилий. Это приводит к быстрому развитию утомления и снижает интенсивность работы.

На фоне последних новостей из США и Сибири, тема смерти от переохлаждения не кажется столь далекой. Тем более, что за последнюю неделю именно по этой причине ушли из жизни больше 20 американцев, еще сотни людей получили серьезные повреждения. Все мы в курсе, что прогулки по сильному холоду опасны, но мало кто знает, что происходит с организмом человека в эти моменты.

Представьте себя морозным зимним вечером в салоне автомобиля посреди бескрайних заснеженных просторов где-нибудь в Сибири. Вы решили добраться из одного населенного пункта в другой. Ехать всего несколько десятков километров, и уже скоро вам предстоит встреча с друзьями. Но вдруг — резкий поворот, машину заносит, и вот она уже лежит на боку в сугробе. Вы выбрались целым и невредимым, но на улице -35, а вокруг никого. Даже если вы знаете дорогу, добираться по такому морозу вам предстоит долго. Поначалу вы слегка разгорячены, но через 15-20 минут температура возвращается к нормальным 36,6, а затем продолжает падать примерно на градус в 30-40 минут. Вот что будет происходить с вашим организмом дальше.

36.6 – 35 градусов

Когда температура тела достигнет 36 градусов, мышцы вокруг вашей шеи и ваших плеч начнут сжиматься — это называется предсудорожным мышечным тонусом. Ваши рецепторы посылают сигнал в гипоталамус, который, в свою очередь, дает команду сузиться всей сети капилляров на поверхности вашего тела. Ноги и руки поэтому начинает ломить от холода. Спустя 45 минут температура опускается до 35 — вы входите в зону легкого переохлаждения. Вас трясет уже довольно сильно — естественная реакция мышц, которые начинают сжиматься сильнее и чаще, чтобы придать телу больше тепла.
35 — 32 градуса 

Прошел час. Вас еще не окутал панический страх, но холод уже заставляет ферменты в вашем мозге работать менее эффективно. С каждым градусом, на который опускается температура тела после 35, уровень метаболизма в теле падает на 3-5%. После отметки в 34 градуса вы начинаете постепенно терять память и рассудок. Взглянув на часы, уже спустя полминуты вы можете не вспомнить цифры. Едва ли вам удастся пройти еще хоть сколько-нибудь значительное расстояния. Вы падаете в сугроб и запрокидываете голову. Тепло из вашего тела продолжает уходить. Ниже 33 градусов наступает состояние апатии, в 32 — ступор.
32 — 30.5 градусов 

Все, вы в зоне крайнего переохлаждения. При 31 градусе ваше тело бросает попытки согревать себя дрожью. Кровь сгущается словно масло в замерзшем двигателе, потребление кислорода — индикатор вашего метаболизма — падает более, чем на четверть. Почки, тем временем, работают без остановки, чтобы справиться с переизбытком жидкости, которую выдавливают суженные сосуды в ваших конечностях. Где-то между 31 и 30 градусами вы теряете способность узнать лицо близкого человека, который вдруг придет к вам на помощь.

30.5 — 29.5 градусов

Температура опустилась до 30. На градусниках, которые есть в квартирах большинства из нас, даже отсутствует такое деление на шкале. В этом состоянии электрические импульсы, которые посылают охлажденные нервные окончания на вашем сердце становятся аритмичными. Само сердце качает примерно две трети от привычного объема крови. Нехватка кислорода и замедлившийся метаболизм тем временем могут вызывать визуальные и звуковые галлюцинации. Примерно при 29.5 градусах наступает смерть от переохлаждения. Причем в мучительном приступе люди часто пытаются снять с себя одежду. Из-за этого феномена под названием «парадоксальное раздевание» тех, кто замерзает в городах часто путают с жертвами сексуального насилия.

Точного объяснения этому явлению нет, но самое логичное объяснение состоит в том, что прямо перед потерей сознания суженные сосуды у поверхности тела внезапно расширяются и создают резкий приток тепла к коже, и человека будто бы начинает гореть.

На самом деле ежегодно многие жертвы переохлаждения умирают от «шока от перегрева» в процессе спасения, когда суженные капилляры расширяются все разом в один момент, вызывая таким образом резкий скачок давления. Даже малейшее движение может вызвать сильнейший спазм желудочковой фибрилляции в сердечной мышце сильно переохлажденного человека. В 1980 году 16 датских рыбаков было спасено после крушения лодки и полутора часов нахождения в ледяной воде Северного моря. Спустившись со спасательного судна, они зашли в заведение выпить горячих напитков, и тут же умерли. Все 16 человек.

При экстремально низких температурах человеческий организм как бы консервируется, сильно замедляя внутренние процессы. Многие люди, найденные переохлажденными, кажутся умершими лишь на первый взгляд. Тело может существовать в таком состоянии часами, и выводить его из него стоит очень аккуратно и постепенно.