Температура тела и её регуляция при мышечной работе

Температура тела и её регуляция при мышечной работе

Автор работы: Берсенёва Надежда Витальевна

Температура

Температура оказывает существенное влияние на протекание жизненных процессов в организме и на его физиологическую активность. Физико-химической основой этого влияния является изменение скорости протекания химических реакций, благодаря которым происходит энтропическое превращение всех видов энергии в тепловую.

Температура тела определяется соотношением скорости метаболической теплопродукции клеточных структур и скорости рассеивания образующейся тепловой энергии в окружающую среду. Следовательно, теплообмен между организмом и средой является неотъемлемым условием существования теплокровных организмов. Нарушение соотношения этих процессов приводит к изменению температуры тела.

Тепловой обмен

Возможность процессов жизнедеятельности ограничена узким диапазоном температуры внутренней среды, в котором могут происходить основные ферментативные реакции. Для человека снижение температуры тела ниже 25°C и её увеличение выше 43°C, как правило, смертельно. Особенно чувствительны к изменениям температуры нервные клетки.

Постоянство температуры тела у человека может сохраняться лишь при равенстве процессов теплообразования и теплоотдачи всего организма. В термонейтральной (комфортной) зоне существует баланс между теплопродукцией и теплоотдачей. Ведущим фактором, определяющим уровень теплового баланса, является температура окружающей среды. При её отклонении от комфортной зоны в организме устанавливается новый уровень теплового баланса, обеспечивающий изотермию в новых условиях среды. Оптимальное соотношение теплопродукции и теплоотдачи обеспечивается совокупностью физиологических процессов, называемых терморегуляцией. Различают физическую (теплоотдача) и химическую (теплообразование) терморегуляцию.

Тепловой обмен

Внутренний компонент – ядро: часть тела, которая имеет постоянную температуру

Тело человека с точки зрения терморегуляции

Внешний компонент – оболочка: через неё идёт теплообмен между ядром и окружающей средой

Механизмы теплообразования и теплообмена

Химическая терморегуляция – теплообразование – осуществляется за счёт изменения уровня обмена веществ, что приводит к изменению образования тепла в организме. Источником тепла в организме являются экзотермические реакции окисления белков, жиров, углеводов, а также гидролиз АТФ. При расщеплении питательных веществ часть освобождённой энергии аккумулируется в АТФ, часть рассеивается в виде тепла (первичная теплота – 65–70% энергии). При использовании макроэргических связей молекул АТФ часть энергии идёт на выполнение полезной работы, а часть рассеивается (вторичная теплота). Таким образом, два потока теплоты – первичной и вторичной – являются теплопродукцией.

• При сокращении мышц возрастает гидролиз АТФ, поэтому возрастает поток вторичной теплоты, идущей на согревание тела.
• При сокращении мышц возрастает гидролиз АТФ, поэтому возрастает поток вторичной теплоты, идущей на согревание тела.

• Он осуществляется путём ускорения процессов окисления и снижения эффективности сопряжения окислительного фосфорилирования. За счёт этого вида термогенеза теплопродукция может вырасти в 3 раза.
• Он осуществляется путём ускорения процессов окисления и снижения эффективности сопряжения окислительного фосфорилирования. За счёт этого вида термогенеза теплопродукция может вырасти в 3 раза.

Механизмы теплообразования и теплообмена

Повышение теплопродукции

Сократительный термогенез

Несократительный термогенез

Механизмы теплообразования и теплообмена

Физиологическая терморегуляция – совокупность физиологических процессов, ведущих к изменению уровня теплоотдачи.

1. Излучение – отдача тепла в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона.

2. Теплопроведение (кондукция) – способ отдачи тепла при непосредственном соприкосновении тела с другими физическими объектами.

3. Конвекция – теплоотдача, осуществляемая путём переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды).

4. Испарение – отдача тепловой энергии в окружающую среду за счёт испарения пота или влаги с поверхности кожи и слизистых дыхательных путей.

Состояния гипотермии и гипертермии

Гипотермия

Если величина теплопродукции, несмотря на усиление обмена веществ, становится меньше величины теплоотдачи, развивается гипотермия. Переохлаждение развивается в три стадии. На первой стадии – компенсации – при снижении температуры среды обитания уменьшается теплоотдача и увеличивается теплопродукция, но этих механизмов недостаточно для сохранения нормальной температуры тела. Во время второй стадии – переходной – из-за рассогласования механизмов терморегуляции теплоотдача возрастает, и температура тела начинает быстро понижаться. В третьей стадии – декомпенсации – теплоотдача всё ещё возрастает, а теплопродукция снижается, вследствие чего организм становится пойкилотермным и принимает температуру окружающей среды. Снижается активность ЦНС, происходит угнетение кровообращения и дыхания, возникает сон.

Состояния гипотермии и гипертермии

Противоположное состояние организма, сопровождающееся повышением температуры тела – гипертермия – возникает, когда интенсивность теплопродукции превышает способность организма отдавать тепло. В этом случае организм стремится, прежде всего, сохранить водный гомеостаз, даже в ущерб терморегуляторным реакциям, поэтому отдача тепла за счёт потоотделения снижается, и температура тела устанавливается на более высоком уровне. Развивается чувство жажды, снижается диурез.

Гипертермия

Изменение температуры тела под влиянием физических нагрузок

Мышечная активность, больше чем увеличение всякой другой физиологической функции, сопровождается распадом и ресинтезом АТФ – это один из главных источников энергии сокращения в мышечной клетке. Но на осуществление внешней работы тратится малая часть потенциальной энергии макроэргов, остальная выделяется в виде тепла – от 80 до 90% – и «вымывается» из мышечных клеток венозной кровью. Следовательно, при всех видах мышечной активности резко увеличивается нагрузка на терморегуляционный аппарат. Если бы он оказался не в состоянии справиться с выделением большего, чем в покое, количества тепла, то температура тела человека повысилась бы за час тяжёлой работы примерно на 6°с.

Изменение температуры тела под влиянием физических нагрузок

Увеличение температуры тела выгодно при работе: повышаются возбудимость, проводимость, лабильность нервных центров, снижается вязкость мышц, в протекающей через них крови улучшаются условия отщепления кислорода от гемоглобина. Небольшое повышение температуры может быть отмечено даже в предстартовом состоянии и без разминки (оно возникает условно-рефлекторно).

Наряду с регулируемым подъёмом при мышечной работе может наблюдаться также дополнительный, вынужденный подъём температуры тела. Он происходит при чрезмерно высокой температуре и влажности воздуха, при излишней изоляции работающего. Это прогрессивное повышение способно привести к тепловому удару.

В вегетативных системах при выполнении физической работы осуществляется целый комплекс терморегуляторных реакций. Увеличиваются частота и глубина дыхания, за счёт чего возрастает лёгочная вентиляция. При этом увеличивается значение дыхательной системы в теплообмене дыхания со средой. Учащённое дыхание приобретает большее значение при работе в условиях низких температур.

Влияние температуры и влажности воздуха на физическую работоспособность

В условиях повышения температуры и влажности воздуха усиление теплоотдачи осуществляется двумя основными путями: усилением кожного кровотока, что увеличивает перенос тепла от ядра к поверхности тела и обеспечивает снабжение потовых желез водой, и усилением потообразования и испарения.

Температура кожи линейно связана с величиной кожного кровотока. Усиленный кровоток в коже повышает её температуру, и если температура окружающей среды ниже, чем температура кожи, то повышаются теплопотери проведением, конвекцией и радиацией. Скорость потообразования и потоотделения зависит от целого ряда факторов, главными из которых являются скорость энергопродукции и физические условия окружающей среды. При этом скорость потоотделения зависит как от температуры ядра, так и от температуры оболочки тела.

Влияние температуры и влажности воздуха на физическую работоспособность

Одним из самых тяжёлых последствий усиленного потоотделения при мышечной работе, выполняемой в условиях повышенной температуры воздуха, является нарушение водно-солевого баланса организма из-за развития острой дегидратации. Дегидратация сопровождается уменьшением объёма плазмы крови, гемоконцентрацией, уменьшением объёма межклеточной и внутриклеточной жидкости. При рабочей дегидратации особенно заметно снижение физической работоспособности.

Непрерывное или повторное пребывание в условиях повышенных температуры и влажности воздуха вызывает постепенное приспособление к этим специфическим условиям внешней среды, в результате чего наступает состояние тепловой адаптации, эффект от которой сохраняется на протяжении нескольких недель.

Организм человека – это саморегулируемая система с внутренним источником тепла, в которой в нормальных условиях теплопродукция - количество образованного тепла - равна количеству тепла, отданного во внешнею среду - теплоотдаче. Внутренняя температура тела постоянна благодаря регулированию интенсивности теплопродукции и теплоотдачи в зависимости от температуры внешней среды. А температура кожи человека при воздействии внешних условий изменяется в относительно широких пределах.

Тепло в организме человека (в клетках) образуется в процессе сложных биохимических реакций (окисление) биологического обмена веществ. Органом теплообразования является весь организм в целом, работающий на основе безусловно рефлекторных механизмов - в состоянии покоя и рефлекторно - при мышечной деятельности.

Теплопродукция и теплоотдача обусловлены деятельностью центральной нервной системы, регулирующей обмен веществ, кровообращение, потоотделение и деятельность скелетных мышц.