10720 (Терморегуляция при мышечной работе), страница 2

Наиболее изучены терморецепторы кожи. Кожные рецепторы бывают двух видов – холодовые и тепловые. Холодовые рецепторы располагаются на глубине 0,17 мм от поверхности кожи, их около 250 тысяч. Тепловые рецепторы расположены глубже – 0,3 мм от поверхности, их примерно 30 тыс.

При любой совместимой с жизнью температуре от периферических рецепторов в ЦНС поступает стационарная информация. Разряды тепловых рецепторов наблюдаются в диапазоне от 20 до 50°, а холодовых – от 10 до 41°с. При температуре ниже 10°с холодовые рецепторы и нервные волокна гомойотермных организмов блокируются, а при температуре в диапазоне от 45 до 50° могут вновь активироваться, что объясняет феномен парадоксального ощущения холода, наблюдаемый при сильном нагревании. При температуре 47–48° активируются болевые рецепторы.

Возбуждение рецепторов зависит как от абсолютных значений температуры кожи в месте её раздражения, так и от скорости её изменения. Одни рецепторы реагируют на перепад температуры в 0,1°, другие – в 1°, а третьи – при достижении разницы в 10°. Для холодовых рецепторов оптимум чувствительности (генерация импульсов максимальной частоты) лежит в пределах 25–30°, для тепловых – 38–43°с. В этих областях минимальные изменения температуры вызывают наибольшую реакцию рецепторов.

Информация от кожных рецепторов идёт по чувствительным нервным волокнам типа А-дельта (от холодовых рецепторов) и С, поэтому в ЦНС она доходит с разной скоростью. Афферентный поток нервных импульсов от терморецепторов поступает через задние корешки спинного мозга к вставочным нейронам задних рогов, по спиноталамическому тракту этот поток достигает передних ядер таламуса, откуда часть информации проводится в соматосенсорную кору больших полушарий, а часть – в гипоталамические центры регуляции.

Часть афферентного потока от терморецепторов кожи и внутренних органов поступает по более древним трактам, восходящим в ретикулярную формацию, неспецифические ядра таламуса, медиальную преоптическую область гипоталамуса и в ассоциативные зоны коры головного мозга.

Кора больших полушарий, участвуя в переработке температурной информации, обеспечивает условно-рефлекторную регуляцию теплопродукции и теплоотдачи, возникновение субъективных температурных ощущений, поведение, направленное на поиск более комфортной среды.

Основную роль в терморегуляции играет гипоталамус. Разрушение его центров или нарушение нервных связей ведёт к утрате способности регулировать температуру тела. В переднем гипоталамусе расположены нейроны, управляющие процессами теплоотдачи, а также клетки, задающие «установочную точку» терморегуляции – уровень регулируемой температуры тела. При разрушении нейронов переднего гипоталамуса организм плохо переносит высокие температуры, но физиологическая активность в условиях холода сохраняется. Нейроны заднего гипоталамуса управляют процессами теплопродукции. При их повреждении нарушается способность к усилению энергообмена, поэтому организм плохо переносит холод.

В осуществлении гуморальной реакции теплообмена участвуют железы внутренней секреции, главным образом щитовидная и надпочечники. Участие щитовидной железы в терморегуляции обусловлено тем, что влияние пониженной температуры приводит к усиленному выделению её гормонов, ускоряющих обмен веществ и, следовательно, теплообразование. Роль надпочечников связана с выделением ими в кровь катехоламинов, которые, усиливая окислительные процессы в тканях (например, мышечной), увеличивают теплопродукцию и сужают кожные сосуды, уменьшая уровень теплоотдачи.

Состояния гипотермии и гипертермии

При повреждении центральных и периферических аппаратов терморегуляции, а также после травматических перерывов проводящих путей отмечаются нарушения терморегуляции. Значительные отклонения температуры тела могут возникнуть и при чрезмерно сильных изменениях окружающей среды.

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.

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 наиболее легко развивается при действии на организм внешней температуры, превышающей 37°с при 100% влажности воздуха, когда испарение становится невозможным. В случае продолжительной гипертермии может возникнуть «тепловой удар». В нём различают три стадии: 1) стадию компенсации, когда температура тела ещё не поднялась, но напряжение терморегуляционных механизмов уже существует; 2) стадию возбуждения: она характеризуется максимальным повышением теплоотдачи, повышением активности всех жизненно важных систем, значительным ростом дыхательных движений (это ведёт к гипокапнии, алкалозу, в конечном итоге, к снижению процессов торможения в ЦНС); 3) стадию параличей – стадию торможения – возникает паралич дыхательного центра, нарушается функция сосудодвигательного центра, происходит падение артериального давления, возникает острая почечная недостаточность, сгущение крови, снижение ОЦК.

В процессе эволюции выработана особая ответная реакция организма на действие экзогенных пирогенных факторов (полисахариды дрожжей, белки микробов, комплексы антиген-антитело, продукты распада собственных тканей). Попав в кровь, эти вещества активируют освобождение из лейкоцитов эндогенных пирогенов (интерлейкина, α-интерферона и др., что приводит к возникновению лихорадки (жара, горячки). Лихорадка – это состояние организма, при котором центр терморегуляции (центр переднего гипоталамуса) стимулирует повышение температуры тела. Это достигается перестраиванием механизма «установочной точки» на более высокую, чем в норме, температуру регуляции. Она является защитным механизмом, направленным против вирусов, микроорганизмов и чужеродных веществ. По степени подъёма температуры различают: субфебрильную лихорадку (повышение температуры до 38°), умеренную (38–39°), чрезмерную (выше 41°).

Хотя в начале человек ощущает озноб, на самом деле температура тела повышается. С этого момента начинается уравновешивание процессов выработки и отдачи тепла. Дрожь исчезает, расширяются поверхностные сосуды, возникает ощущение тепла.

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.

Усиление теплоотдачи у человека обеспечивается при работе за счёт конвекции и излучения, вследствие увеличения температуры кожных покровов и усиления обмена прикожного слоя воздуха, благодаря движению тела. Но главным и наиболее эффективным путём теплоотдачи является активация потоотделения.

Некоторую, но совсем незначительную роль играет механизм полипноэ у человека в покое. Учащенное дыхание увеличивает теплоотдачу с поверхности дыхательных путей благодаря согреванию и увлажнению вдыхаемого воздуха. В комфортной температуре среды за счёт этого механизма теряется не более 10%, и эта цифра практически не изменяется по сравнению с общим уровнем теплообразования при мышечной работе.

В результате резкого увеличения теплообразования в работающих мышцах, через несколько минут повышается температура кожи над ними не только благодаря прямому переносу тепла по градиенту изнутри наружу, но и вследствие усиления кровотока через кожу. Активация симпатического отдела вегетативной нервной системы и выброс катехоламинов во время работы приводят к тахикардии и резкому увеличению МОК при сужении сосудистого русла во внутренних органах и расширению его в кожных покровах.

Усиленная активация аппарата потоотделения сопровождается выделением брадикинина клетками потовых желез, что оказывает сосудорасширяющее действие на близлежащие мышцы и противодействует системному сосудосуживающему эффекту адреналина.

Между потребностями в усиленном кровоснабжении мышц и кожи могут возникнуть конкурентные отношения. При работе в условиях нагревающего микроклимата кровоток через кожу может достигать 20% от МОК. Такой большой объём кровотока не служит никаким другим потребностям организма, кроме чисто терморегуляторных, так как собственные потребности кожной ткани в кислороде и питательных веществах очень малы. Это – один из примеров того, что, возникнув на последней стадии эволюции млекопитающих, функция терморегуляции занимает одно из самых высоких мест в иерархии физиологических регуляций.

Измерение температуры тела при работе в любых условиях, как правило, обнаруживает повышение температуры его ядра от нескольких десятых до двух и более градусов. Во время первых исследований предполагалось, что это повышение объясняется нарушением баланса между теплоотдачей и теплообразованием вследствие функциональной недостаточности аппарата физической терморегуляции. Однако в ходе дальнейших экспериментов было установлено, что повышение температуры тела при мышечной активности является физиологически регулируемым и не является следствием функциональной недостаточности терморегуляторного аппарата. В данном случае происходит функциональная перестройка центров теплообмена.

При работе умеренной мощности после первоначального подъёма температура тела стабилизируется на новом уровне, степень повышения прямо пропорциональна мощности выполняемой работы. Выраженность такого регулируемого подъёма температуры тела не зависит от колебаний температуры внешней среды.

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.

При температуре среды около 40°с пульс человека в покое увеличивается в среднем на 30 уд/мин по сравнению с условиями комфорта. Но при выполнении работы умеренной интенсивности в тех же условиях ЧСС возрастает всего на 15 уд/мин по сравнению с такой же работой в комфортных условиях. Таким образом, работа сердца оказывается сравнительно более экономичной при выполнении физических нагрузок, чем в покое.

Что касается величины сосудистого тонуса, то при физической работе отмечаются конкурентные взаимоотношения не только между кровоснабжением мышц и кожных покровов, но и между ними обоими и внутренними органами. Сосудосуживающие влияния симпатического отдела вегетативной нервной системы при работе особенно чётко проявляются в области желудочно-кишечного тракта. Результатом уменьшения кровотока является снижение сокоотделения и замедление пищеварительной деятельности во время выполнения интенсивной мышечной работы.

Необходимо отметить, что человек может начать выполнять даже тяжёлую работу при нормальной температуре тела, и лишь постепенно, значительно медленнее, чем и лёгочная вентиляция, температура ядра достигает величин, соответствующих уровню общего метаболизма. Таким образом, повышение температуры ядра тела является необходимым условием не для начала работы, а для её продолжения в течение более или менее длительного времени. Возможно, поэтому главное адаптивное значение этой реакции состоит в возобновлении работоспособности в ходе самой мышечной деятельности.

Влияние температуры и влажности воздуха на спортивную (физическую) работоспособность

Значение разных путей отдачи телом тепла в окружающую среду неодинаково в условиях покоя и при мышечной деятельности и меняется в зависимости от физических факторов внешней среды.

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.

Кожный кровоток у взрослого человека при комфортных условиях внешней среды составляет в покое около 0,16 л/кв. м./мин, а во время работы в условиях очень высокой внешней температуры может достигать 2,6 л/кв. м./мин. Это означает, что до 20% сердечного выброса может направляться в кожную сосудистую сеть для предотвращения перегревания тела. Мощность нагрузки практически не влияет на температуру кожи.