Реферат: Терморегуляция при мышечной работе
В процессе э волюции 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.
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. Дополнительное движение воздуха при работе способствует уменьшению гипертермии. Повышение кожной температуры уменьшает также влияние внешней радиации на тело.
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.
При интенсивной спортивной деятельности скорость потоотделения велика. Необходимо также учитывать, что при прочих равных условиях увеличение скорости движения воздуха ускоряет процесс испарения пота. Высокая влажность воздуха даже при относительно невысокой его температуре затрудняет испарение пота. Это приводит к снижению скорости потообразования и дополнительному повышению температуры тела.
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. Необходимо отметить, что значительная рабочая дегидратация развивается лишь при длительных (более 30 мин) и достаточно интенсивных упражнениях. При тяжёлой, но кратковременной работе даже в условиях повышенных температуры и влажности воздуха сколько-нибудь значительная дегидратация не успевает развиться.
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. Тепловая адаптация обусловлена совокупностью специфических физиологических изменений, главными из которых являются усиление потоотделения, снижение температуры ядра и оболочки тела в условиях покоя, их изменение в процессе мышечной работы, а также уменьшение ЧСС в покое и при нагрузке в условиях повышенной температуры. Снижение ЧСС сопровождается увеличением систолического объёма (посредством увеличения венозного возврата). На протяжении периода тепловой адаптации отмечается также повышение ОЦК в покое, снижение тонической активности симпатического отдела вегетативной нервной системы и повышение механической интенсивности выполняемой физической работы.
Тренировочные и соревновательные нагрузки в видах спорта, требующих проявления выносливости, вызывают существенное повышение температуры ядра – до 40°с даже в нейтральных условиях среды. Систематические тренировочные занятия, направленные на тренировку выносливости, приводят к совершенствованию терморегуляции: снижается теплопродукция, улучшается способность к теплопотерям за счёт повышенного теплообразования. Соответственно, у спортсменов во время работы при обычной или высокой температуре воздуха внутренняя и кожная температура ниже, чем у нетренированных людей, выполняющих такую же по объёму нагрузку. Содержание солей в поте у спортсменов также ниже.
В процессе тренировки в нейтральных условиях увеличивается ОЦК, совершенствуются реакции перераспределения кровотока с уменьшением его в сосудах кожи. Поэтому хорошо тренированные на выносливость спортсмены обычно лучше приспосабливаются, по крайней мере, к выполнению работы разной мощности в условиях жары. Вместе с тем, сама по себе спортивная тренировка в нейтральных условиях внешней среды не может полностью заменить специфическую тепловую адаптацию.
При снижении температуры внешней среды увеличивается разность между нею и температурой поверхности тела, что приводит к усилению потерь тепла. Основные механизмы защиты тела от теплопотерь в холодных условиях – сужение периферических сосудов и усиление теплопродукции.