Саморегуляция человека в условиях изменения температуры
Терморегуляция человека – набор чрезвычайно важных механизмов, поддерживающих стабильность температурного режима организма в разных условиях внешней среды. Но почему человек так нуждается в неизменной температуре тела, и что будет, если она начнет колебаться? Как протекают терморегуляционные процессы и что делать, если природный механизм дает сбой? Обо всем этом — ниже.
Что такое терморегуляция организма человека
Человек, как и большинство млекопитающих — гомойотермное создание. Гомойотермия – это способность организма обеспечивать себе постоянство уровня температуры, в основном с помощью физиолого-биохимических реакций.
Терморегуляция организма человека – это эволюционно сформировавшийся набор механизмов, которые срабатывают за счет гуморальной (посредством жидкой среды) и нервной регуляции, метаболизма (обмена веществ) и энергетического обмена. Различные механизмы имеют различные способы и условия срабатывания, поэтому их активация зависит от времени дня, пола человека, числа прожитых лет и даже положения Земли на орбите.
Тепловая карта человека
Терморегуляция в организме человека выполняется рефлекторно. Специальные системы, действие которых направлено на контроль температуры, регулируют интенсивность отдачи или поглощения тепла.
Система терморегуляции человека
Поддержание температурного режима тела на постоянном заданном уровне осуществляется при помощи двух противоположных механизмов терморегуляции организма человека — отдачи и продукции тепла.
Механизм теплопродукции
Механизм теплопродукции, или химическая терморегуляция человека – процесс, способствующий повышению температуры организма. Он имеет место при всех обменах веществ, но, по большей мере, в мышечных волокнах, клетках печени и клетках бурых жировых отложений. Так или иначе, в продуцировании тепла участвуют все тканевые структуры. В каждой клетке человеческого тела происходят окислительные процессы, расщепляющие органические вещества, в ходе которых какая-то доля выделяемой энергии уходит на нагревание организма, а основное количество – на синтезирование аденозинтрифосфатной кислоты (АТФ). Это соединение является удобной формой для накопления, транспортировки и эксплуатации энергии.
Так выглядит молекула АТФ
Во время понижения температуры рефлекторным образом понижается и скорость обменных процессов в человеческом теле, и наоборот. Химическая регуляция активизируется в тех случаях, когда физической составляющей теплообмена не хватает для поддержания нормального температурного значения.
Механизм теплопродукции активизируется при поступлении сигналов от холодовых рецепторов. Это происходит, когда температура окружающей среды становится ниже так называемой «зоны комфорта», которая для легко одетого человека лежит в температурных рамках от 17 до 21 градуса, а для голого человека составляет приблизительно 27-28 градусов. Стоит отметить, что для каждого индивидуума «зона комфорта» определяется индивидуально, она может меняться в зависимости от состояния здоровья, массы тела, места проживания, времени года и т.п.
Чтобы повысить выработку тепла в организме включаются механизмы термогенеза. Среди них выделяют следующие.
1. Сократительный.
Этот механизм активизируется за счет работы мышц, в ходе которой ускоряется разложение аденозитрифосфата. При его расщеплении выделяется вторичная теплота, эффективно согревающая тело.
Сокращения мышц в таком случае происходят непроизвольно — при поступлении импульсов, исходящих из коры головного мозга. Как результат, в теле человека можно наблюдать значительное (до пяти раз) повышение выработки тепла.
Так кожа реагирует на холод
При незначительном понижении температуры увеличивается терморегуляционный тонус, что наглядно проявляется в появлении на коже «мурашек» и поднятии волосков.
Неконтролируемые мышечные сокращения при сократительном термогенезе называют холодовой дрожью. Повысить температуру организма при помощи сокращений мышц можно и осознанно – проявляя двигательную активность. Физическая нагрузка способствует повышению теплопродукции до 15 раз.
2. Несократительный.
Данный вид термогенеза может повысить теплопродукцию почти втрое. В его основе лежит катаболизм (расщепление) жирных кислот. Этот механизм регулируется при помощи симпатической нервной системы и гормонов, выделяемых щитовидной железой и мозговым веществом надпочечников.
Механизм теплоотдачи
Механизм теплоотдачи, или физическая составляющая терморегуляции – это процесс избавления организма от лишнего тепла. Постоянное значение температуры поддерживается за счет выведения тепла через кожу (путем кондукции и конвекции), радиации и выведения влаги.
Часть теплоотдачи происходит за счет теплопроводности кожи и слоя жировой клетчатки. Процесс регулируется по большей части кровообращением. При этом тепло от кожи человека отдается твердым предметам при прикасании к ним (кондукция) или окружающему воздуху (конвекция). Конвекция составляет значимую часть теплоотдачи — в воздух передается 25-30% человеческого тепла.
Радиация или излучение — это перенос энергии человека в пространство или на окружающие предметы, имеющие более низкую температуру. С излучением уходит до половины человеческого тепла.
И, наконец, испарение влаги с поверхности кожи или из дыхательных органов, на которое приходится 23-29% потери тепла. Чем больше показатель температуры тела превышает норму, тем активнее организм охлаждается при помощи испарения — поверхность тела покрывается потом.
В случае, когда температура окружающей среды значительно превышает внутренний показатель организма, испарение остается единственным действенным механизмом охлаждения, все прочие перестают работать. Если же высокая внешняя температура еще сопровождается повышенной влажностью, которая затрудняет потоотделение (т.е. испарение воды), то человек может перегреться и получить тепловой удар.
Рассмотрим механизмы физической регуляции температуры тела более подробно:
Перспирация
Суть этого вида теплоотдачи состоит в том, что энергия направляется в окружающую среду путем испарения влаги с кожного покрова и слизистых оболочек, устилающих дыхательные пути.
Этот вид теплоотдачи — один из наиважнейших, поскольку, как уже отмечалось, может продолжаться в среде с высокой температурой, при условии, что процент влажности воздуха будет меньше 100. Это объясняется тем, что чем выше влажность воздуха, тем хуже вода будет испаряться.
Важным условием для эффективности перспирации является циркуляция воздуха. Поэтому если человек будет в непроницаемой для воздухообмена одежде, то пот через какое-то время потеряет возможность испаряться, поскольку влажность воздуха под одеждой превысит 100%. Это приведет к перегреву.
В процессе потоотделения энергия человеческого организма тратится на то, чтобы разорвать молекулярные связи жидкости. Теряя молекулярные связи, вода принимает газообразное состояние, а тем временем излишек энергии выходит из организма.
Испарение воды со слизистых оболочек дыхательных путей и испарение через поверхностную ткань — эпителий (даже когда кажется, что кожа сухая) называется неощутимой перспирацией. Активная работа потовых желез, при которой происходит обильное потоотделение и теплоотдача, называется ощутимой перспирацией.
Излучение электромагнитных волн
Данный способ теплоотдачи работает за счет излучения инфракрасных электромагнитных волн. По законам физики, любой объект, температура которого поднимается выше температуры окружающей среды, начинает отдавать тепло посредством излучения.
Инфракрасное излучение человека
Чтобы не допустить чрезмерной утечки тепла таким способом, человечество изобрело одежду. Ткань одежды помогает создать воздушную прослойку, температура которой принимает значение температуры тела. Это уменьшает излучение.
Количество тепла, рассеиваемого объектом, пропорционально площади поверхности излучения. Это означает, что, меняя положение тела, можно регулировать свою теплоотдачу.
Кондукция
Кондукция или теплопроведение происходит при прикосновении человека к любому другому предмету. Но избавление от излишка тепла может произойти только в том случае, если объект, с которым человек вступил в контакт, имеет более низкую температуру.
Важно помнить, что воздух с низким процентом влажности и жир имеют малое значение теплопроводности, поэтому являются теплоизоляторами.
Конвекция
Суть этого способа теплоотдачи заключается в перенесении энергии циркулирующим вокруг тела воздухом, при условии, что его температура будет ниже температуры тела. Прохладный воздух в момент контакта с кожей прогревается и устремляется наверх, замещаясь новой дозой холодного воздуха, находящегося ниже из-за высокой плотности.
Одежда играет важную роль в том, чтобы при конвекции тело не отдало слишком много тепла. Она представляет собой барьер, замедляющий воздушную циркуляцию и, тем самым, конвекцию.
Центр терморегуляции
Центр терморегуляции человека находится в головном мозге, а именно – в гипоталамусе. Гипоталамус – это часть промежуточного мозга, которая включает в себя множество клеток (около 30 ядер). Функции этого образования заключаются в поддержании гомеостаза (т.е. способности организма к саморегуляции) и деятельности нейроэндокринной системы.
Одной из самых важных функций гипоталамуса является обеспечение и контроль действий, направленных на терморегуляцию тела.
При выполнении этой функции в центре терморегуляции у человека происходят такие процессы:
- Периферические и центральные терморецепторы передают информацию в передний отдел гипоталамуса.
- В зависимости от того, в нагревании или в охлаждении нуждается наш организм, активизируется центр теплопродукции либо центр теплоотдачи.
При передаче импульсов от рецепторов холода начинает функционировать центр теплопродукции. Он находится в задней части гипоталамуса. От ядер по симпатической нервной системе двигаются импульсы, повышающие скорость обменных процессов, сужающие сосуды, активизирующие скелетные мышцы.
Если организм начинает перегреваться, то начинает активно работать центр теплоотдачи. Он находится в ядрах переднего отдела гипоталамуса. Возникающие там импульсы являются антагонистами механизма теплопродукции. Под их влиянием у человека происходит расширение сосудов, повышается потоотделение, — организм охлаждается.
В терморегуляции человека принимают участие также другие отделы центральной неравной системы, а именно кора больших полушарий мозга, лимбическая система и ретикулярная формация.
Основная функция температурного центра в головном мозге – поддержание постоянного температурного режима. Он определяется суммарным значением температуры организма, когда оба механизма (теплопродукция и теплоотдача) активны менее всего.
Органы внутренней секреции также играют немаловажную роль в терморегуляции тела человека. При пониженной температуре щитовидная железа увеличивает продукцию гормонов, которые ускоряют обменные процессы. Надпочечники владеют способностью контролировать теплоотдачу за счет гормонов, регулирующих процессы окисления.
Нарушения терморегуляции организма: причины, симптомы и лечение
Нарушением терморегуляции называют внезапные изменения температуры тела или отклонения от нормы в 36,6 градусов по Цельсию.
Причинами температурных колебаний могут стать как внешние факторы, так и внутренние, например, заболевания.
Специалисты различают следующие нарушения терморегуляции:
- озноб;
- озноб при гиперкинезе (непроизвольных мышечных сокращениях);
- гипотермия (переохлаждение организма). Гипотермии посвящена отдельная статья на нашем сайте;
- гипертермия (перегрев организма).
Причин нарушений терморегуляции множество, самые распространенные из них приведены ниже:
- Приобретенный или врожденный дефект гипоталамуса (если проблема в этом, то перепады температуры могут сопровождаться сбоями в работе желудочно-кишечного тракта, органов дыхания, сердечно-сосудистой системы).
- Перемена климата (как внешний фактор).
- Злоупотребление алкогольными напитками.
- Следствие процессов старения.
- Психические расстройства.
- Вегетососудистая дистония (на нашем сайте вы можете прочитать о температурных перепадах при ВСД).
В зависимости от причины, перепады температуры могут сопровождаться различными симптомами, частыми из которых являются лихорадка, головная боль, потеря сознания, сбои в работе пищеварительной системы, ускоренное дыхание.
При нарушениях регуляции температуры организмом нужно обратиться к неврологу. Основные принципы лечения данной проблемы заключаются в:
- приеме препаратов, воздействующих на эмоциональное состояние пациента (если причина в расстройствах психики);
- приеме препаратов, оказывающих влияние на деятельность центральной нервной системы;
- приеме лекарств, способствующих усиленной теплоотдаче в сосудах кожи;
- общей терапии, в которую входит: физическая активность, закаливание, здоровое питание, прием витаминов.
Источник
Содержание:
- 1. Основные понятия
- 2. Терморегуляция
- 3. Тепловой и солнечный удары
- 4. Закаливание
Основные понятия
Терморегуляция — особая реакция организма, проявляющаяся в непроизвольном регулировании физиологических процессов теплопродукции (образования тепла) в организме и теплоотдачи, направленном на поддержание постоянной оптимальной температуры тела (у человека — 36,6-37 °С) в непрерывно меняющихся условиях внешней среды.
Теплопродукция — процесс образования тепла в организме в результате протекающих в нем экзотермических (сопровождающихся выделением тепла) химических реакций. Наибольшее количество тепла образуется в организме при работе сердца и скелетных мышц, а также в химических процессах, происходящих в печени и почках.
При интенсивном физическом труде в организме человека выделяется около 19 000 кДж энергии в сутки; этого достаточно для нагревания 70 л воды от температуры 37 °С до температуры кипения. Избыток тепла организм отдает во внешнюю среду.
Теплоотдача — процесс рассеивания (передачи) избыточного тепла от тела человека в окружающую среду.
■ Интенсивность теплоотдачи зависит от толщины слоя подкожной жировой клетчатки.
❖ Способы отдачи тепла организмом:
■ с выдыхаемым воздухом;
■ путем теплоизлучения, теплопроводности и конвекции; количество рассеиваемого этими способами тепла зависит от разности температур тела человека и окружающего воздуха, а также от влажности и скорости движения воздуха: чем ниже температура воздуха и чем выше его влажность и скорость ветра, тем больше тепла теряет организм;
■ путем испарения пота, выделяемого потовыми железами кожи; при этом на испарение 1 г пота затрачивается около 2,4 кДж энергии. Скорость испарения возрастает с увеличением температуры и уменьшением влажности воздуха.
Терморегуляция
❖ Способы терморегуляции:
■путем сужения или расширения (в зависимости от температуры тела) просвета кровеносных сосудов кожи, изменяющего скорость циркуляции крови в коже и, тем самым, скорость теплоотдачи;
■ путем регулирования наклона волосков кожи;
■ путем потоотделения из потовых желез;
■ путем изменения интенсивности обмена веществ в мышцах (дрожь) и/или во внутренних органах (химическая терморегуляция);
■путем терморегуляторного поведения, т.е. определенных действий, направленных на изменение теплоотдачи (ношение определенной одежды, перемещение в теплое или прохладное место и т.д.).
❖ Контроль терморегуляции осуществляется центральной нервной системой (корой головного мозга и рядом подкорковых центров) и эндокринной системой с помощью нейрогумора-льных механизмов.
■ Главный нервный центр терморегуляции находится в гипоталамусе, задние ядра которого контролируют теплопродукцию, а передние — теплоотдачу; повреждение гипоталамуса приводит к потере организмом способности поддерживать температуру тела, постоянной. Сигналом для изменения теплообразования и теплоотдачи служат импульсы, поступающие от рецепторов тепла и холода в спинной мозг, гипоталамус и кору больших полушарий. В этих центрах происходит анализ импульсов и возникает ответная реакция. По двигательным нервным волокнам исполнительные команды передаются на кровеносные сосуды, скелетные мышцы, потовые железы и диафрагму.
■ Гуморальный способ терморегуляции реализуется с помощью биологически активных веществ, изменяющих уровень теплопродукции и теплоотдачи посредством изменения скорости обменных процессов в клетках и тканях организма.
❖ Реакция организма на понижение температуры окружающей среды:
■ возбуждаются рецепторы, воспринимающие холод;
■ кровеносные сосуды кожи рефлекторно сужаются, уменьшая количество протекающей по ним крови (кожа становится бледной); это приводит, во-первых, к уменьшению теплоотдачи с поверхности тела и, во-вторых, к увеличению снабжения кровью внутренних органов, что способствует сохранению тепла внутри организма;
■ рефлекторно сокращаются мышцы, поднимающие волоски на коже, и она становится «гусиной». Поднявшиеся волоски задерживают тепло, ухудшая движение воздуха у поверхности тела;
■ при дальнейшем понижении температуры возникает болезненное ощущение холода (озноб) и рефлекторно начинаются непроизвольные ритмичные сокращения мышц (дрожь), в результате чего увеличивается теплопродукция в мышцах, препятствующая снижению температуры тела.
Реакция организма на повышение температуры окружающей среды:
■ возбуждаются рецепторы, воспринимающие тепло;
■ рефлекторно замедляется обмен веществ и, как следствие, уменьшается теплопродукция организма;
■кровеносные сосуды кожи рефлекторно расширяются, увеличивая количество протекающей по ним крови (кожа становится красной) и, как результат, теплоотдачу с поверхности тела;
■ при дальнейшем повышении температуры тела начинается обильное потоотделение; максимальная скорость потоотделения — около 4 л в час.
Гипертермия — состояние организма, при котором температура тела превышает нормальный уровень; она возникает в случаях, когда механизмы терморегуляции не могут обеспечить баланс между теплопродукцией и теплоотдачей (например, при очень высокой температуре окружающей среды).
Гипотермия — состояние организма, при котором его температура ниже нормального уровня; она развивается при очень большой скорости теплоотдачи {например, на сильном морозе). При гипотермии пострадавшего необходимо согреть и отправить в больницу.
Лихорадка — особое состояние организма, при котором он стремится поддерживать повышенную температуру тела; выражается в сильной непроизвольной мышечной дрожи и чувстве озноба. Лихорадка развивается при инфекционных заболеваниях или обширном повреждении тканей, является защитной реакцией организма и способствует скорейшему выздоровлению (при повышении температуры тела возрастает вероятность гибели инфекций). В состоянии лихорадки теплопродукция увеличивается за счет мышечной дрожи; озноб также способствует повышению температуры тела, так как заставляет человека укутываться и тем самым уменьшать теплоотдачу.
Тепловой и солнечный удары
Тепловой удар — это острое болезненное состояние организма, вызванное перегреванием тела из-за недостаточной теплоотдачи.
❖ Условия возникновения теплового удара:
■ длительное воздействие высокой температуры окружающей среды (выше +35 °С) при высокой относительной влажности воздуха (выше 80%) и низкой двигательной активности (длительное лежание на пляже);
■ интенсивная физическая работа в жарких и душных помещениях в одежде, плохо пропускающей воздух.
Симптомы теплового удара: головная боль, шум в ушах, учащение пульса и дыхания, усиление потоотделения, расширение зрачков, общая слабость, бледность, нарушение координации движений, головокружение, мелькание «мушек» перед глазами; возможны тошнота, рвота, обморок и потеря сознания.
Солнечный удар — тяжелое болезненное состояние, наступающее в результате чрезмерного воздействия на головной мозг инфракрасной части спектра солнечного излучения, проникающего через кости черепа.
Симптомы солнечного удара: головная боль, резкое покраснение кожи, головокружение; в тяжелых случаях возможны рвота, потеря сознания, судороги и даже смерть.
❖ Помощь при тепловом ударе:
■ вывести или перенести пострадавшего в прохладное, затемненное и хорошо вентилируемое место;
■ освободить тело пострадавшего от лишней одежды;
■ на его голову и лицо положить холодный компресс;
■ приподнять ноги пострадавшего;
■ если пострадавший не потерял сознание, дать ему выпить прохладной воды;
■ обернуть его тело мокрой простыней и обмахивать его для создания движения воздуха и увеличения испарения воды;
■ при потере сознания, остановке дыхания и сердца необходимо сделать искусственное дыхание и закрытый массаж сердца;
■ после этого вызвать врача или доставить пострадавшего в больницу.
Предупреждение теплового и солнечного ударов. В жаркое время следует:
■ постоянно проветривать жилые помещения;
■ носить светлый головной убор и легкую хлопчатобумажную одежду, хорошо пропускающую воздух и впитывающую влагу;
■ ограничивать время пребывания на ярком солнце;
■ не спать на пляже;
■ сократить потребление мясопродуктов, увеличив в рационе долю овощей и фруктов;
■ чаще пить минеральную воду.
Закаливание
Закаливание — это комплекс приемов, основанных на целенаправленном использовании климатических факторов и систематически применяемых для тренировки организма с целью совершенствования работы его терморегуляторных механизмов и повышения сопротивляемости организма неблагоприятным воздействиям внешней среды.
Основные факторы закаливания: пребывание на свежем воздухе, солнечные ванны, водные процедуры.
❖ Свежий воздух содержит больше кислорода и губительно действует на болезнетворные бактерии. Поэтому дома следует носить легкую одежду, часто проветривать помещение; полезен сон на открытом воздухе, а зимой — при открытой форточке. Закаливающий эффект воздуха оказывается тем больше, чем больше его температура отличается от температуры кожи. Воздушные ванны принимают в купальных костюмах через 1-2 часа после еды. Закаливание следует начинать при температуре воздуха не ниже +20 °С; продолжительность первых процедур — 10 мин. Постепенно продолжительность воздушных ванн доводят до 1-1,5 ч и более при температуре воздуха +10-15 °С; при этом рекомендуется периодически выполнять активные движения.
❖ Солнечные ванны улучшают кровообращение, способствуют образованию в организме витамина D, усиливают выработку в коже пигмента меланина, предохраняющего подкожные ткани от избыточного воздействия ультрафиолетового излучения. Солнечные ванны наиболее полезны между 9 и 11 часами дня. Между приемом пищи и солнечной ванной должен быть промежуток времени не менее 2 ч. На время приема солнечной ванны голову следует прикрыть светлой панамой или зонтиком.
Продолжительность первой процедуры — не более 5 мин; каждую последующую увеличивают на 3-5 мин, постепенно доводя время до 30-40 мин. После приема солнечной ванны нужно Ю-15 мин отдохнуть в тени, а затем принять теплый душ.
❖ Закаливание водой более эффективно для развития механизмов терморегуляции, улучшения нервного тонуса, дыхания и кровообращения, чем воздушные ванны, так как теплопроводность воды почти в 30 раз превосходит теплопроводность воздуха.
❖ Способы закаливания водой: обтирание, обливание, купание.
Обтирание тела мокрым полотенцем или губкой производится ежедневно и энергично в течение 2-3 мин. Температура воды при первом обтирании +33 °С, при каждом последующем ее снижают на 0,5 °С, доведя до +18 °С. После обтирания нужно насухо вытереться полотенцем до появления ощущения теплоты.
Обливание тела водой производится ежедневно в течение 1-2 мин. Начинать обливание рекомендуется при температуре воды +33°-34 °С, постепенно понижая ее до +20-24 °С (на 1 °С через каждые 3-4 дня).
При купании в открытых водоемах (а зимой — в бассейне) сочетается действие многих закаливающих факторов. Лучшее время для купания — с 9 до 11 ч и с 16 до 18 ч. Не следует купаться натощак или сразу же после приема пиши. Купание можно начинать при температуре воды +20-22 °С и воздуха +21-24 °С. Длительность купаний вначале 2-3 мин, а затем увеличивается до 15-25 мин.
❖ Основные правила закаливания:
■ периодический контроль врача;
■ учет индивидуальных особенностей и состояния здоровья;.
■ постепенность (нельзя резко снижать температуру воды или воздуха или увеличивать продолжительность закаливающих процедур);
■ систематичность (даже непродолжительный перерыв в закаливании ведет к угасанию выработанных реакций);
■ комплексное использование основных закаливающих факторов — воздуха, солнца и воды.
❖ Результаты закаливания:
■ снижение чувствительности организма к холоду;
■ ускорение приспособительных реакций (например, расширения или сужения сосудов кожи) и достижение более высокой устойчивости организма к изменениям внешней среды;
■ активизация обменных процессов;
■ увеличение теплопродукции,
■ улучшение деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем,
■ стимулирование размножения клеток кожи и, как следствие, ее утолщение и повышение защитных свойств;
■ укрепление иммунитета организма;
■ повышение устойчивости к заболеваниям органов дыхания.
Метки: Биология человека
Источник