Непрямая калориметрия подразделяется на несколько видов.




1. Непрямая калориметрия, основанная на учете теплотворной способности питательных веществ. Теплотворная способность или калорическая ценность питательных веществ определяется путем сжигания 1 г вещества в специальном калориметре («бомба» Бертло) путем пропускания электрического тока. Сам калориметр погружен в воду и о количестве выделившегося тепла судят по изменению температуры воды. Калорическая ценность 1 г белка равна 4,1 ккал (17,17 кДж), 1 г жира – 9,3 ккал (38,96 кДж), 1 г углеводов – 4,1 ккал (17,17 кДж).

Так как тепловой эффект химического процесса не зависит от промежуточных стадий, а определяется лишь начальным и конечным состоянием химической системы, то закономерности, полученные в «бомбе» Бертло, можно перенести на живой организм, где эти вещества не горят, а медленно окисляются.

Жиры и углеводы горят в калориметре и окисляются в организме до одних и тех же конечных продуктов – углекислого газа и воды, поэтому количество тепла, выделяемого в калориметре и в живом организме будет одинаковым. При окислении белков в организме образуются креатинин, мочевина, мочевая кислота, которые дальше не окисляются и выводятся из организма. В калориметрической «бомбе» эти вещества сгорают до углекислого газа, воды и аммиака и выделяют еще некоторое количество тепла.

Поэтому для белков введено понятие физической и физиологической калорической ценности. Физиологическая калорическая ценность 1 г белка
(4,1 ккал) меньше физической (5,6 ккал).

Таким образом, зная количество принятых питательных веществ и их калорическую ценность можно рассчитать количество энергии, выделившейся в организме.

2. Непрямая калориметрия, основанная на данных газового анализа. При изучении калорической ценности питательных веществ было установлено, что поглощению определенного количества кислорода и выделению определенного количества углекислого газа за один и тот же промежуток времени соответствует определенное количество выделенного тепла. Такая зависимость позволяет использовать для определения количества тепла, освобождающегося в организме, данные газового анализа: количество поглощенного кислорода и количество выделенного за этот же промежуток времени углекислого газа.

По соотношению между количеством выделенного углекислого газа и количеством потребленного в данный период времени кислорода можно судить о том, какие вещества преимущественно окисляются.

Соотношение между количеством углекислого газа, выделившегося в процессе окисления, и количеством кислорода, пошедшего на окисление, называется дыхательным коэффициентом (ДК). ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров – 0,7, а при окислении углеводов – 1,0.

Экспериментальными исследованиями установлено, что каждому значению ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода, т. е. количество тепла, которое освобождается при полном окислении какого-либо вещества до углекислого газа и воды на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Калорический эквивалент кислорода при окислении белков равен 4,8 ккал (20,1 кДж), жиров – 4,7 ккал (19,619 кДж), углеводов – 5,05 ккал (21,2 кДж).

Непрямая калориметрия с использованием данных газового анализа подразделяется на три метода:

1. Метод непрямой калориметрии с использованием данных неполного газового анализа. Он основан на определения только количества поглощенного кислорода, умножив которое на средний калорический эквивалент кислорода (4,85 ккал), можно определить количество образовавшегося тепла.

2. Метод непрямой калориметрии с использованием данных полного газового анализа, т. е. определение количества поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа, с последующим расчетом ДК. По таблицам определяют тот калорический эквивалент кислорода, который соответствует найденному ДК.

3. Метод непрямой калориметрии с использованием данных полного газового анализа и с учетом количества распавшегося белка. Так как в состав молекулы белка входит азот, который выделяется с калом, мочой, потом, то можно определить количество выделившегося азота, а, следовательно, и количество распавшегося белка, зная, что 1 г азота содержится в 6,25 г белка.

 

9.2. Основной обмен энергии, понятие о кислородном
долге и МПК

 

В зависимости от активности организма и воздействий на него внешней среды различают три уровня энергетического обмена:

1) основной обмен;

2) обмен в состоянии относительного покоя;

3) энерготраты при физической работе.

Интенсивность обменных процессов зависит от многих факторов. Поэтому для сравнения энергетических затрат у разных людей и у одного и того же человека в разное время была введена условная стандартная величина – основной обмен.

Основной обмен – это минимальные для бодрствующего организма затраты энергии, определенные в строгих стандартных условиях:

- в положении лежа, при полном мышечном и эмоциональном покое (т. к. мышечное и эмоциональное напряжение значительно повышают энерготраты);

- натощак, т. е. спустя 14–16 часов после последнего приема пищи (чтобы исключить специфическое динамическое действие пищи);

- при температуре комфорта – 18–20 градусов тепла (температура выше или ниже этих цифр может значительно изменить – увеличить или уменьшить – энерготраты);

- при исключении в течение трех суток перед исследованием приема белковой пищи.

У взрослого человека весом 70 кг основной обмен в сутки оставляет около 1700 ккал. Из этой величины 25% идет на работу вегетативных систем (сердце, почки и др.) 75% – на деятельность всех остальных клеток и тканей организма. У здоровых людей основной обмен может колебаться в пределах ±15%. У женщин он на 5% ниже, чем у мужчин. Основной обмен зависит главным образом от величины поверхности тела и возраста. Чем отно­сительно больше поверхность тела, тем больше основной обмен. Поэтому его величину принято выражать в ккал на 1 м2 поверхности тела в 1 час.

С возрастом в связи с понижением интенсивности внутриклеточных окислительных процессов основной обмен понижается. Дети до 5 лет расходуют в состоянии основного обмена 50–55 ккал на 1м2 в 1 час, подростки –
42 ккал, взрослые – около 37 ккал, лица пожилого возраста – около 34 ккал (рис. 9.2).

На величину основного обмена влияют уровень двигательной активности организма и особенности питания. Например, при одинаковой поверхности тела обмен веществ у диких животных выше, чем у домашних. Если животное помещено в маленькую клетку, ограничивающую его движения, основной обмен понижается. Длительное голодание организма также ведет к снижению основного обмена.

Таким образом, основной обмен поддерживается на одном уровне только при постоянных условиях жизнедеятельности. При изменении этих условий он становится иным.

 

 

Рис. 9.2. Изменение основного обмена с возрастом

 

Основной обмен в организме регулируется нервной системой и гормонами. Роль нервной системы подтверждена опытами с введением животному кураре. Этот яд парализует окончания двигательных нервов в мышцах. В результате в них уменьшается интенсивность окислительных процессов, что ведет к снижению основного обмена.

На основной обмен влияют гормоны щитовидной железы и гипофиза. При усилении функции щитовидной железы величина его повышается, при ослаблении понижается.

Спортивная тренировка, экономизируя окислительные процессы в организме, в большинстве случаев ведет к снижению основного обмена. Наиболее ярко это проявляется у спортсменов-стайеров.

Энерготраты в состоянии относительного покоя превышают величину основного обмена. Это обусловлено влиянием на обмен пищеварительных процессов, терморегуляцией и энерготратами на поддержание позы тела.

Увеличение расхода энергии после приема пищи обусловлено работой гладких мышц пищеварительных органов и деятельностью пищеварительных желез. Процессы всасывания питательных веществ и их усвоение также требуют дополнительных энергетических трат. Повышение обмена энергии под влиянием приема пищи зависит от ее состава и количества. Наиболее резкие сдвиги вызывает переваривание белковой пищи. Расход энергии при этом возрастает на 20–30%. Переваривание жира сопровождается увеличением энерготрат на 7%, углеводов – на 4–5%. Повышение энергетического обмена под влиянием приема пищи может продолжаться 5–6 час и более.

Поддержание постоянства температуры тела (вне зоны комфорта) требует значительных энерготрат. Например, при низкой температуре окружающей среды окислительные процессы могут в 3–4 раза превышать уровень основного обмена.

Поддержание позы тела обусловлено повышением тонуса определенных мышечных групп. Это ведет к увеличению энерготрат. Они особенно нарастают при необходимости сохранять неудобную или непривычную для человека позу.

Энерготраты в состоянии относительного покоя могут быть резко увеличенными в связи с восстановительными процессами после выполнения работы. Это обусловлено химическими реакциями в мышцах, главным образом окислением молочной кислоты.

Уровень энергетического обмена в состоянии относительного покоя может изменяться под влиянием условнорефлекторных раздражителей. Любой из них после нескольких сочетаний с безусловно-рефлекторными изменениями обмена веществ может стать сигналом, вызывающим такие же сдвиги обмена. Например, производственный шум вызывает увеличение расхода энергии даже у рабочих, находящихся в другом помещении и не занятых работой. Расход энергии еще больше увеличивается в помещении цеха при наблюдении за работой своей бригады. У спортсменов расход энергии повы­шается в предстартовом периоде. Такое условнорефлекторное повышение обмена веществ имеет большое значение для подготовки к предстоящей деятельности.

На основании многочисленных экспериментальных исследований основного обмена у здоровых людей разного пола, веса тела, роста и возраста статистическим путем были составлены таблицы, по которым можно рассчитать величину основного обмена, которая должна быть у данного человека в соответствии с его полом, возрастом, весом тела и ростом. Затем у этого же человека одним из методов калориметрии определяют величину истинного основного обмена и сравнивают эти величины.

Величина основного обмена зависит от многих факторов, но особенно сильно она изменяется при некоторых эндокринных заболеваниях. Например, резкое повышение величины основного обмена наблюдается при гиперфункции щитовидной железы, а при гипофункции этой железы, он понижен. К снижению величины основного обмена приводит недостаточность функции гипофиза и половых желез.

Мышечная работа существенно изменяет интенсивность обмена, он может иногда увеличиваться в 20 раз по сравнению с уровнем основного обмена (ОО).

При этом увеличивается и потребление кислорода – объем утилизируемого организмом кислорода в единицу времени.

Если в условиях покоя в условиях покоя потребление кислорода равно 0,2–0,4 л/мин, то при работе оно увеличивается в несколько раз, и при критических мощностях может достигать своего максимума – достигая индивидуального «кислородного потолка» – т. н. максимального потребления кислорода (МПК).

МПК – это наибольшее количество кислорода, которое организм в состоянии утилизировать во время интенсивной мышечной работы.

Величина МПК характеризует аэробную мощность – способность расходовать энергию на мышечную работу за счет аэробных процессов. Уровень МПК у данного лица зависит от его физического развития, обусловленного как врожденными факторами, так и условиями жизни. МПК увеличивается под влиянием систематической физической тренировки и уменьшается при «сидячем» образе жизни. Поскольку МПК зависит от размеров (массы) тела, для различных сопоставлений удобно относить результаты измерений этого показателя к массе тела и выражать их в миллилитрах потребления кислорода в минуту на 1 кг массы тела.

В практике, в процессе тренировки иногда важно знать на ка­ком аэробном уровне производится та или иная работа, допустим в % от МПК. Для этого можно использовать определенную взаимосвязь уровня аэробной производительности и частоты сердечных сокращений. Зная уровень ЧСС, можно приблизительно предсказать и уровень развертывания аробного механизма
(табл. 9.1).

Таблица 9.1

Расчет уровня потребления кислорода по величине ЧСС

ЧСС, уд/мин % МПК
120–130 190 и выше 50 % 60 % 70 % 75–80 % 90 % 100 %

 

Потребление кислорода при физической нагрузке не отражает общего расхода энергии. При начале работы, а на нее требуется определенное количество энергии, потребление кислорода не сразу удовлетворяет эту потребность. Со временем устанавливается стационарное состояние, при котором потребность в кислороде удовлетворяется его притоком.

Разность между потребностью в кислороде и его потреблением составляет энергию, получаемую в результате анаэробного распада, и называется кислородном долгом.

После окончания работы потребление кислорода остается еще некоторое время несколько более высоким по сравнению с уровнем покоя и медленно возвращается к этому уровню. Принято говорить, что в это время происходит оплата кислородного долга.

Кислородный долг состоит из двух компонентов или фракций – лактацидного и алактатного.

Лактацидный долг – представляет собой добавочную энергию, затрачиваемую на превращение главного побочного продукта анаэробного метаболизма – молочной кислоты (лактата) в пировиноградную кислоту.

Алактатный долг – представляет собой дополнительную энергию, необходимую для рефосфорилирования креатинфосфата и для восстановления запасов кислорода в мышечном миоглобине.

 

9.3. Общий расход энергии и факторы, его определяющие, при различных видах трудовой и спортивной
деятельности

 

Суточный расход энергии у здорового человека значительно превышает величину основного обмена и складывается из следующих компонентов:

- основного обмена;

- рабочей прибавки, т. е. энергозатрат, связанных с движением и с выполнением той или иной работы;

- специфического-динамического действия пищи – увеличения интенсивности обмена веществ и энергозатрат, связанных с приемом пищи, процессами пищеварения и всасывания. Так прием белковой пищи увеличивает обмен на 30–40%, а при питании жирами и углеводами обмен увеличивается на 4–15%.

Энерготраты при физической работерезко увеличиваются. Например, при ходьбе расходуется энергии на 80–100% больше по сравнению с покоем, при беге – на 400% и более.

По характеру выполняемой производственной деятельности и величине энерготрат взрослое население может быть разделено на 5 групп (табл. 9.2).

К первой группе относятся лица, занимающиеся умственным трудом, не требующим мышечных напряжений. Суточный расход у них составляет в среднем 2200–3000 ккал. У лиц, выполняющих механизированную работу, расход энергии повышен до 2350–3200 ккал. При частично механизированном труде суточный расход энергии достигает 2500–3400 ккал. Очень тяжелый, немеханизированный физический труд вызывает расход энергии равный 2900–3990 ккал. В отдельных случаях при выполнении длительной и тяжелой работы суточный расход достигает еще больших величин.

Таблица 9.2

Суточный расход энергии в зависимости от характера выполняемой
производственной деятельности

  Особенности профессии Коэффициент физической активности Суточный расход энергии, кДж (ккал)
Первая Умственный труд 1,4 9799–10265 (2100–2450)
Вторая Легкий физический труд 1,6 10475–11732 (2500–2800)
Третья Физический труд средней тяжести 1,9 12360–13827 (2950–3300)
Четвертая Тяжелый физический труд 2,2 14246–16131 (3400–3850)
Пятая Особо тяжелый физический труд 2,5 16131–17598 (3850–4200)

 

Спортивная деятельность сопровождается значительным увеличением суточного расхода энергии – до 4500–5000 ккал. В дни тренировок с повышенными нагрузками и в дни соревнований в некоторых видах спорта (лыжные гонки, бег на длинные дистанции и др.) эти величины могут быть еще больше.

Энерготраты при работе, которые рассчитывают на единицу времени или на единицу пути, прямо пропорциональны ее мощности. Суммарный же расход энергии зависит не только от мощности работы, но и от ее длительности. Например, при легкоатлетическом беге энерготраты, рассчитанные на 1 м пути, будут наибольшими при беге на 100 м, суммарный же расход энергии – наибольшим при марафонском беге.

На уровень энерготрат влияют температура и влажность воздуха, барометрическое давление, сила ветра, особенности грунта при беге, условия скольжения при беге на коньках и лыжах. Например, при одинаковой скорости бега на лыжах знерготраты при плохом скольжении будут значительно больше, чем при хорошем. На расход энергии влияют также эмоции, возникающие во время работы и, особенно при спортивной деятельности. Эмо-
ции могут усиливать или, наоборот, снижать обмен веществ и энергии в организме.

При выполнении человеком механической работы коэффициент полезного действия может достигать 20–25%. Остальная освобождаемая в организме энергия превращается в тепло. Коэффициент полезного действия при мышечной деятельности зависит от структуры и темпа движений, от количества вовлекаемых в работу мышц и степени тренированности человека, выполняющего работу.

Оптимальный ритм движений, при котором энерготраты минимальны, различен при работе разной мощности. Он зависит также от тренированности человека.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте понятие об обмене веществ и энергии.

2. Назовите и охарактеризуйте методы исследования энерготрат.

3. Что такое основной обмен энергии?

4. Дайте определение понятиям потребление кислорода, кислородный долг максимальное потребление кислорода (МПК).

5. Укажите величины расхода энергии при различных видах трудовой и спортивной деятельности.

6. За счет каких механизмов осуществляется регуляция обмена веществ и энергии?


 

 

Глава 10. Теплорегуляция

 

10.1. Понятие о теплорегуляции

 

Температура тела – комплексный показатель теплового состояния организма человека, отражающий сложные отношения между теплопродукцией (выработкой тепла) различных органов и тканей, и теплообменом между ними и внешней средой.

Температура тела – объективная и наиболее просто определяемая характеристика состояния организма.

У здорового человека температура тела является постоянной с небольшими колебаниями в утренние и вечерние часы (36–37°С). Утром температура ниже на несколько десятых градуса, а вечером выше. Считается, что она не должна превышать 37°С, а колебания находятся в пределах от 0,3 до 1°С.

Температура некоторых частей тела отличается в зависимости от физических нагрузок и их положения. У пожилых людей температура немного ниже, чем у молодых.

Температура тела многих животных изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. Такие животные называются пойкилотермными, т. е. животными с непостоянной температурой тела. Их активность существенно зависит от температуры окружающей среды, т. к. последняя определяет скорость биохимических реакций, протекающих в организме (их скорость возрастает в 2–3 раза при повышении температуры на каждые 10 градусов).

Температура тела человека и высших животных поддерживается на постоянном уровне, несмотря на значительные колебания температуры окружающей среды. Такие животные с постоянной температурой тела называются гомойотермными (рис. 10.1). Гомойотермные организмы, имея постоянную температуру тела, ведут активный образ жизни при значительных колебаниях температуры внешней среды. Некоторые гомойотермные животные могут на время выключать терморегуляцию и становиться пойкилотермными.

Изотермия постоянство температуры тела имеет для организма большое значение, т. к. она, во-первых, обеспечивает независимость обменных процессов в тканях и органах от колебаний температуры окружающей среды; во-вторых, обеспечивает температурные условия для оптимальной активности ферментов.


Рис. 10.1. Теплорегуляция у гомойотермных и пойкилотермных
организмов [27]

Температура отдельных участков тела человека различна, что связано с неодинаковыми условиями теплопродукции и отдачи тепла. В состоянии покоя и умеренной физической нагрузки наибольшая теплопродукция и наименьшая теплоотдача происходит во внутренних органах, поэтому их температура высокая (самая высокая в печени 37,8–38°С). От внутренних органов тепло переносится кровью к поверхности тела, где теплопродукция небольшая, но высокая теплоотдача, поэтому температура кожных покровов не высокая. Наиболее низкая температура кожи у человека отмечается в области кистей и стоп, значительно выше она в подмышечной впадине, где она обычно измеряется (температуру можно измерять в полости рта, в паховой складке, в прямой кишке). В нормальных условиях у здорового человека температура в подмышечной впадине равна 36,5–36,9°С. Средняя температура мозга, крови, внутренних органов приближается к 37°С. Это температурное ядро тела, т. е. все органы грудной и брюшной полости, а также центральная нервная система. Ядро окружено изолирующей оболочкой – слоем поверхностно расположенных тканей (рис. 10.2).

Температурная оболочка тела включает те его части, в пределах которых имеются значительные температурные градиенты (от 30°С до 36°С), и которые изменяют свою температуру при различных тепловых воздействиях. Физиологический предел колебаний этой температуры составляет 1,5°С. Изменение температуры крови и внутренних органов у человека на 2 – 2,5°С от среднего уровня сопровождается нарушением физиологических функций, а температура тела выше 43°С практически несовместима с жизнью человека.


Рис. 10.2. Температура ядра и оболочки тела в разных условиях [28]

В течение суток температура тела человека колеблется: минимальная в 3–4 часа, максимальная в 16–18 часов. Для определения среднего значения температуры кожи (оболочки) обычно замеряют температуру в 7-ми стандартных участках – области лба, стопы, голени или бедра (ноги), груди, плеча, спины, кисти, и с учетом удельного веса соответствующей поверхности рассчитывают среднее значение, используя формулу Вите:

Т = 0,07 стопы + 0,32 ноги + 0,18 груди + 0,17 спины +
0,14 плеча + 0,05 кисти + 0,71 лба.

По данным Р. Шмидта и Г. Тевеа (1996), средняя температура кожи обнаженного человека в условиях комфортной температуры составляет 33–34°С.

Регуляция постоянства температуры тела. Температура тела является константой организма, определяющей постоянство скорости биохимических реакций, одного из важнейших условий жизнедеятельности организма. Поддержание постоянства температуры тела осуществляется по принципу саморегуляции, путем формирования функциональной системы терморегуляции (рис. 10.3). Системообразующим фактором (константой) этой функциональной системы является температура крови в правом предсердии (37ОС).

 
 


Рис. 10.3. Функциональная система терморегуляции [29]

 

Рефлекторные изменения процессов терморегуляции происходят при раздражении тепловых и холодовых рецепторов, расположенных в кожных покровах, в слизистых оболочках дыхательных путей, во внутренних органах, в сосудах, в различных отделах ЦНС (гипоталамусе, ретикулярной формации, продолговатом и спинном мозге, двигательной коре и др.). Особенно большое количество центральных терморецепторов, которые реагируют на изменение температуры крови, находится в гипоталамусе.

В гипоталамусе расположены группы ядер, составляющих центр терморегуляции, состоящий, в свою очередь, из центра теплообразования и центра теплоотдачи. Центр теплообразования расположен в каудальной части гипоталамуса. При разрушении этого участка мозга у животного нарушаются механизмы теплообразования, и такое животное становится неспособным поддерживать температуру тела при понижении температуры окружающей среды, и развивается гипотермия. Центр теплоотдачи расположен в переднем гипоталамусе (между передней комиссурой и зрительным перекрестом). При разрушении этой области животное также теряет способность поддерживать изотермию, при этом способность переносить низкие температуры у него сохраняется.

Кроме гипоталамуса на процессы терморегуляции оказывают влияние и другие структуры ЦНС: центры спинного мозга, полосатое тело, ретикулярная формация ствола мозга, кора больших полушарий головного мозга. Из этих структур гипоталамус, ретикулярная формация и осцилляторные центры спинного мозга играют ведущую роль в рефлекторной регуляции температуры тела. Например, при снижении температуры окружающей среды возбуждение от холодовых рецепторов поступает по афферентным нервам в центры теплопродукции гипоталамуса и осцилляторные центры спинного мозга. Отсюда возбуждение идет по двигательным нервам к мышцам, увеличивая их тонус, а затем вызывает мышечную дрожь, что приводит к значительному увеличению теплообразования. По вегетативным нервам возбуждение поступает к сосудам (особенно кожных покровов) и вызывает уменьшение их просвета. В результате этого поверхностные слои кожи получают меньше теплой крови и, следовательно, отдают меньше тепла.

В терморегуляции принимают участие и гуморальные факторы, прежде всего, гормоны щитовидной железы (тироксин и др.) и надпочечников (адреналин и др.). При снижении температуры внешней среды количество тироксина и адреналина в крови возрастает. Эти гормоны вместе с симпатическими нервными влияниями усиливают окислительные процессы, увеличивая тем самым количество тепла, образующегося в организме. Адреналин, кроме того, суживает периферические сосуды, что приводит к дальнейшему снижению теплоотдачи.

Таким образом, при снижении температуры окружающей среды включаются нервно-гуморальные механизмы, которые приводят к значительному усилению теплообразования и уменьшению теплоотдачи, в результате чего температура тела в этих условиях остается постоянной.

При повышении температуры окружающей среды, рассмотренные выше процессы, имеют противоположный характер.

Если человек длительное время находится в условиях высокой или низкой температуры окружающей среды, то регуляторные механизмы, с помощью которых в обычных условиях поддерживается изотермия, могут оказаться недостаточными. Если не применить поведенческие способы регуляции температуры, направленные на охлаждение или согревание организма, то может наступить перегревание гипертермия, или переохлаждение гипотермия.

Гипертермия состояние, при котором температура тела повышается выше 37°С. Гипертермия возникает при продолжительном действии высокой температуры окружающей среды, особенно при высокой влажности воздуха. Резкая гипертермия, при которой температура тела достигает 40–41°С сопровождается тяжелым общим состоянием организма и носит название теплового удара.

Гипертермия может наступить под влиянием некоторых эндогенных факторов, усиливающих процессы теплообразования (тироксин, жирные кислоты и др.), а также под влиянием микроорганизмов, так как гипоталамические центры терморегуляции обладают высокой чувствительностью к бактериальным токсинам.

Гипотермия состояние, при котором температура тела снижается ниже 35ºС. Быстрее всего гипотермия наступает при погружении в холодную воду. При этом вначале наблюдается возбуждение симпатического отдела вегетативной нервной системы и рефлекторно ограничивается теплоотдача и усиливается теплопродукция, особенно за счет мышечной дрожи. Но через некоторое время температура тела все же начинает падать, при этом наблюдается состояние, подобное наркозу: исчезновение чувствительности, ослабление рефлекторных реакций, снижение возбудимости нервных центров, резкое снижение интенсивности обмена веществ, замедление дыхания, урежение сердечной деятельности, понижение артериального давления.

Для выключения приспособительных реакций, направленных на поддержание температуры тела, при искусственной гипотермии применяют препараты, выключающие передачу импульсов в симпатическом отделе вегетативной нервной системы (ганглиоплегические препараты) и прекращающие передачу возбуждения с нервов на скелетные мышцы (миорелаксанты). Гипотермию прекращают путем быстрого согревания тела.

Процессы, связанные с образованием тепла в организме, объединяют понятием химическая терморегуляция, а процессы, обеспечивающие отдачу тепла физическая терморегуляция.

 

10.2. Химическая и физическая теплорегуляция
и ее механизмы

 


Изменения теплопродукции и теплоотдачи постоянно идут в организме человека, способствуя поддержанию оптимальных условий его существования (рис. 10.4).

 

Рис. 10.4. Характер изменений теплопродукции и теплоотдачи
при разных условиях внешней среды [30]

 

Химическая терморегуляция обеспечивает определенный уровень теплопродукции, необходимый для нормального осуществления ферментативных процессов в тканях. Образование тепла в организме происходит вследствие непрерывно совершающихся экзотермических реакций окисления белков, жиров, углеводов, а также гидролиза АТФ, которые протекают во всех органах и тканях, но с различной интенсивностью. Наиболее интенсивное образование тепла происходит в мышцах. Если даже человек лежит неподвижно, но с напряженной мускулатурой, то теплообразование повышается на 10%. Незначительная двигательная активность приводит к повышению теплообразования на 50–80%, а тяжелая мышечная работа на 400–500%.

В условиях холода теплообразование в мышцах резко возрастает. Это обусловлено тем, что охлаждение поверхности тела приводит к рефлекторному беспорядочному сокращению мышц мышечной дрожи.

В процессах теплообразования, кроме мышц, значительную роль играют печень и почки. При охлаждении тела теплопродукция в печени возрастает.

Классификация механизмов теплопродукции:

1. Сократительный термогенез – продукция тепла в результате сокращения скелетных мышц:

а) произвольная активность локомоторного аппарата;

б) терморегуляционный тонус;

в) холодовая мышечная дрожь, или непроизвольная ритмическая активность скелетных мышц.

2. Несократительный термогенез, или недрожательный термогенез (продукция тепла в результате активации гликолиза, гликогенолиза и липолиза):

а) в скелетных мышцах (за счет разобщения окислительного фосфорилирования);

б) в печени;

в) в буром жире;

г) за счет специфико-динамического действия пищи.

Физическая терморегуляция осуществляется путем изменения отдачи тепла организмом.

Теплоотдача осуществляется следующими путями:

- излучением (радиацией);

- проведением (кондукцией);

- конвекцией;

- испарением.

Теплоизлучение (радиация) обеспечивает отдачу тепла организмом окружающей его среде при помощи инфракрасного излучения с поверхности тела. Путем радиации организм отдает большую часть тепла. В состоянии покоя и в условиях температурного комфорта за счет радиации выделяется более 60% тепла, образующегося в организме.

Теплопроведение происходит при контакте с предметами, температура которых ниже температуры тела. Путем теплопроведения организмом теряется около 3% тепла.

Конвекция обеспечивает отдачу тепла прилегающему к телу воздуху или жидкости. В процессе конвекции тепло уносится от поверхности кожи потоком воздуха или жидкости. Путем конвекции организмом отдается около 15% тепла.

Отдача тепла организмом осуществляется также путем испарения воды с поверхности кожи и со слизистых оболочек дыхательным путей в процессе дыхания. Испарение воды с поверхности тела происходит при выделении пота. Даже в условиях температурного комфорта и при отсутствии видимого потоотделения через кожу испаряется до 0,5 л воды в сутки. Испарение 1 л пота у человека может понизить температуру тела на 10°С. Путем испарения из организма удаляется около 20% тепла. При температуре окружающей среды, равной или выше температуры тела человека, когда другие способы отдачи тепла резко уменьшаются, испарение воды становится главным способом отдачи тепла. Отдача тепла испарением уменьшается при увеличении влажности воздуха и полностью прекращается при 100% относительной влажности.

 

10.3. Теплорегуляция при физической нагрузке

 

В условиях покоя система терморегуляции обеспечивает поддержание постоянства температуры тела при различных внешних условиях. Во время мышечной работы температура ядра повышается – рабочая гипертермия. Предполагается, что при этом происходит снижение установочного температурного уровня.

При мышечной работе теплопродукция может увеличиваться в 20 раз, в основном за счет усиления окислительного метаболизма в работающих мышцах и частично за счет тепла, выделяющегося в процессе самой механической работы (трения).

Теплопродукция у «нормального» мужчины с 65–85 ккал/час при умеренной работе увеличивается до 600 ккал/час при максимальной, а в отдельных случаях и до 900 ккал/час.

В первые 15–30 минут длительной работы температура ядра тела довольно быстро повышается до некоторого относительно стационарного уровня, а затем практически остается неизменной или очень медленно возрастает.

Подъем температуры при мышечной работе имеет свой биологический смысл: возрастают проводимость, возбудимость, лабильность нервных центров, снижается вязкость мышц, улучшается активность ряда ферментов (разминка 20 минут). Стационарный уровень температуры зависит от мощности работы: чем она выше, тем выше и этот уровень.

Наряду с регулируемым подъемом температуры при мышечной работе может наблюдаться также дополнительный, вынужденный подъем температуры тела. Он происходит при чрезмерно высокой температуре и влажности воздуха, при чрезмерной теплоизоляции работающего. В этих условиях механизмы теплоотдачи уже не справляются с выведением из организма избыточного тепла, и температура тела прогрессивно нарастает, что может привести к тепловому удару.

На первых минутах работы средняя температура кожи быстро снижается (на 2°С по сравнению с покоем), а затем остается неизменной или несколько увеличивается. В отличие от температуры ядра, средняя кожная температура не зависит от мощности выполняемой работы, а находится в прямой связи с внешней температурой. Постепенное повышение кожной температуры при работе происходит за счет увеличения температуры некоторых участков кожи, в частности над работающими мышцами. Снижение кожной и повышение центральной температуры увеличивают тепловой градиент между ядром и поверхностью тела, что облегчает потерю тепла при работе.

Таким образом, при мышечной работе организм использует для усиления теплоотдачи более эффективный способ – потоиспарение.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-12-12 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: