Регуляція температури тіла людини
Механізми регуляції температури тіла вивчаються в курсі нормальної фізіології для студентів медичних вузів. Тут буде подано коротку характеристику основних елементів терморегуляторного ланцюга.
Два типи рецепторів сприймають зміна температури тіла - периферичні і центральні. Центральні рецептори розташовуються в гіпоталамусі і чутливі до щонайменших змін (до 0,01 ° С) температури крові, що омиває головний мозок. Периферичні терморецептори розподілені по всій поверхні шкіри, і вони контролюють температуру навколишнього середовища. Аферентні сигнали від периферичних рецепторів надходять в гіпоталамус і в кору головного мозку, забезпечуючи, в тому числі, свідоме сприйняття температури.
Обробка температурної інформації здійснюється переважно в гіпоталамусі. Саме гіпоталамус є тим органом, який подібно термостата, управляє інструментами продукції, відведення і збереження тепла у відповідь на зміни приходять в нього сигналів від терморецепторів. Ця робота включає в себе участь симпатичної нервової системи, і тому вона не вимагає свідомого контролю. Реакціями, зумовленими вегетативною нервовою системою, є зміна тонусу судин, виділення поту і несократітельного термогенез.
Скорочувальний термогенез і поведінкові реакції, включаючи довільну м'язову діяльність, знаходяться під управлінням соматичної нервової системи. Центральний тремтливий шлях пов'язує гіпоталамус з ядрами рухової системи, розташованими в середньому і довгастому мозку. Форми терморегуляторного поведінки, наприклад, утеплення або полегшення одягу, обмахування віялом, виконання фізичної роботи, стають можливими завдяки системі довільних рухів, що знаходиться під контролем кори головного мозку.
В умовах довгострокової адаптації до температурного стресу включаються процеси гормональної регуляції.
Далі більш детально описані відповідні реакції організму на холодової і теплової стрес.
Зниження шкірної температури або температури крові тягне за собою активацію гіпоталамусом механізмів, що зберігають тепло і збільшують його утворення. До таких механізмів відносяться судинні реакції, несократітельного термогенез, і мимовільна м'язова активність. Довільна м'язова активність обумовлена усвідомленої діяльністю людини.
Судинні реакції. Стимуляція холодових рецепторів шкіри викликає у відповідь скорочення гладкої мускулатури кровоносних судин. Це значно зменшує потік теплої крові через поверхневі тканини тіла і перенаправляє його назад до центральних органів. У термонейтральной умовах шкірний кровотік становить в середньому 250 мл / хв, тоді як в умовах сильного холодового стресу може скоротитися майже до нуля. Температура шкіри знижується слідом за зниженням температури навколишнього повітря, що підсилює ізолюючі властивості шкіри, підшкірного жиру і м'язів. Завдяки цьому механізму збереження тепла люди з надлишком підшкірного жиру здатні краще переносити холод.
Гормони і несократітельного термогенез. Два «калорігенних» гормону мозкової речовини надниркових залоз, адреналін і норадреналін, підвищують інтенсивність метаболізму і стимулюють продукцію метаболічного тепла. Тривалий холодової стрес стимулює також вироблення тироксину, гормону щитовидної залози, що збільшує базовий метаболізм. Підвищення теплопродукції за рахунок підвищення клітинного метаболізму у відповідь на охолодження організму називається несократітельного термогенезом.
М'язова активність. Як було описано вище, найбільшу кількість тепла в організмі дорослої людини утворюється при тонічному скороченні і розслабленні скелетних м'язів. Освіта тепла в працюючих м'язах називається скорочувальним термогенезом. Неконтрольовані скорочення м'язів - тремтіння - здатні збільшити освіту тепла в стані спокою в 4 ---- 5 разів. Однак найбільш вагомий внесок в підвищення інтенсивності теплопродукції вносить активна м'язова діяльність. Вона відіграє основну роль у захисті організму від переохолодження. Потужність процесу скорочувального термогенеза висока настільки, що людина, яка виконує інтенсивну фізичну роботу, здатний підтримувати постійну температуру тіла при температурі повітря до -30 ° С без необхідності надягати спеціальну утеплену одяг.
Вивчаючи реальні історії виживання людей, що опинилися в умовах низької температури навколишнього середовища, можна переконатися, що воля до життя, боротьба за існування і активні рухи допомагають людині пережити екстремальну ситуацію. У людини, що припинив боротьбу і руху, знижується теплопродукція, він в кінцевому підсумку замерзає і гине.
Освіта тепла позитивно впливає при виконанні фізичного навантаження в умовах низької температури навколишнього середовища, сприяючи підтримці нормальної температури тіла. У той же час при виконанні фізичного навантаження в термально нейтральних умовах навколишнього середовища, наприклад, при 21-26 ° С, метаболічна теплове навантаження виявляється важким тягарем для механізмів, що регулюють температуру тіла. Ми розглянемо деякі фізіологічні зміни, зумовлені виконанням фізичного навантаження в поєднанні з тепловим стресом, а також їх вплив на м'язову діяльність. В даному випадку під тепловим стресом мається на увазі будь-яка умова навколишнього середовища, що викликає підвищення температури тіла і порушення гомеостазу.
Реакції серцево-судинної системи. Фізичне навантаження підвищує вимоги, що пред'являються до серцево-судинній системі. Коли додається необхідність регулювати температуру тіла при виконанні фізичного навантаження в умовах підвищеної температури навколишнього середовища, діяльність серцево-судинної системи стає більш інтенсивним. Система кровообігу транспортує тепло, що утворюється в м'язах, до поверхні шкіри, звідки вона передається в зовнішнє середовище. Щоб це здійснити під час фізичного навантаження, що виконується в умовах підвищеної температури навколишнього середовища, велика частина серцевого викиду розділяється між шкірою і працюючими м'язами. З огляду на обмежений обсяг крові фізичне навантаження ставить дуже складну задачу: збільшення кровопостачання одного з цих ділянок, автоматично знижує кровотік в інших ділянках.
Розглянемо, що відбувається з людиною, що біжить в швидкому темпі в жаркий день. Фізичне навантаження підвищує потреба м'язів в крові і кисні. Крім того, вона підсилює процес метаболічного освіти тепла. Щоб розвіяти цей надлишок тепла, організм повинен збільшити кровопостачання шкіри, щоб кров перенесла тепло з ядра тіла до поверхні шкіри. Однак організм не може забезпечити достатнє кровопостачання шкіри, якщо він повністю задовольнить потреби м'язів. Потреби м'язів в додатковому обсязі крові обмежують можливості розширених шкірних судин.
В цей же час терморегуляторний центр «інструктує» серцево-судинну систему про необхідність направити більше крові до шкіри. Поверхневі кровоносні судини розширюються, щоб перенести більше теплої крові до поверхні шкіри. Це обмежує кількість крові, що надходить до активних м'язів, і, отже, лімітує їх витривалість. Таким чином, йде справжня боротьба за додаткове кровопостачання.
Збереження постійного серцевого викиду при перерозподілі крові на периферію здійснюється за рахунок ряду значних пристосувальних реакцій серцево-судинної системи. Перерозподіл крові веде до зменшення об'єму циркулюючої крові, що повертається в серце, що знижує кінцевий діастолічний об'єм. Це, в свою чергу, зменшує систолічний об'єм. Серцевий викид залишається постійним протягом 27 хв виконання фізичного навантаження при високій (36 ° С) і середньої (20 ° С) температурі навколишнього середовища, незважаючи на постійне зменшення систолічного об'єму. Це зменшення в процесі виконання фізичного навантаження компенсується поступовим збільшенням частоти серцевих скорочень. Це так званий серцево-судинний зрушення.
У певний момент організм більше не здатний компенсувати підвищені вимоги, що пред'являються фізичним навантаженням: ні м'язи, ні шкіра не отримують адекватну кількість крові. Таким чином, будь-який фактор, перевантажують серцево-судинну систему або втручається в процес розсіювання тепла, може мати значний негативний вплив на м'язову діяльність і збільшити ймовірність перегріву тіла. Тому не дивно, що кращі результати в циклічних видах спорту демонструються при невисокій температурі навколишнього середовища. Наприклад, рекорди в бігу на довгі дистанції вкрай рідко встановлюються при вираженій тепловим навантаженням.
Потовиділення. У певних умовах температура навколишнього середовища може досягти і перевищити температуру шкіри і ядра тіла. Як уже зазначалося, в цьому випадку основним процесом тепловіддачі є випаровування, оскільки радіація, проведення і конвекція можуть привести до підвищення температури тіла в екстремальних температурних умовах. Збільшена залежність від випаровування означає підвищену потребу в освіті поту.
Діяльність потових залоз регулюється гіпоталамусом. При підвищеній температурі крові гіпоталамус посилає імпульси через нервові волокна симпатичної нервової системи мільйонам потових залоз, розташованих по всій поверхні тіла. Потові залози являють собою трубчасті структури, що тягнуться по дермі і епідермісу і вікна, що в шкіру.
Зміст макроелементів в поті у тренованих і нетренованих випробуваних значно відрізняється. В результаті тренувань в умовах теплових навантажень альдостерон інтенсивно стимулює потові залози, змушуючи їх реабсорбіровать значно більше натрію і хлориду. На жаль, потові залози не мають подібного механізму збереження інших електролітів. Однакові концентрації кальцію, магнію і калію, наприклад, містяться як в поті, так і в плазмі.
Інтенсивність потіння при виконанні виснажливого вправи в умовах високої температури навколишнього середовища може досягати більше 1 л на годину з 1 м 2 поверхні тіла. Це означає, що в жаркий і вологий день (високий рівень теплового навантаження) при інтенсивному фізичному навантаженні середня людина (з масою тіла 50-75 кг) може втрачати 1,5-2,5 л поту або близько 2 4% маси тіла щогодини . В таких умовах людина за кілька годин може втратити критичну кількість води з потом.
Висока інтенсивність потовиділення зменшує обсяг крові. Це обмежує обсяг крові, необхідної для роботи м'язів і запобігання акумуляції тепла, що, в свою чергу, негативно впливає на м'язову діяльність, особливо у видах спорту, що вимагають прояву витривалості. У бігунів на довгі дистанції втрати води з потім складають 6-10% маси тіла. Таке інтенсивне зневоднення обмежує подальше потовиділення і підвищує сприйнятливість людини до захворювань, обумовленим тепловим навантаженням.
Фізичні навантаження і втрати води стимулюють виділення АДГ із задньої долі гіпофіза. Цей гормон стимулює реабсорбцію води з нирок, що сприяє її затримання в організмі. Таким чином, організм намагається компенсувати втрати мікроелементів і води в періоди теплового навантаження і значного потовиділення скороченням їх втрат з сечею.