Терморегуляция, виды терморегуляции. Терморегуляция и ее значение для организма человека Какое отношение к терморегуляции имеет такое поведение

Обмен тепловой энергии между организмом и окружающей средой называется теплообменом. Один из показателей теплообмена - температура тела, которая зависит от двух факторов: образования тепла, то есть от интенсивности обменных процессов в организме, и отдачи тепла в окружающую среду. Животные, температура тела которых изменяется в зависимости от температуры внешней среды, называются пойкилотермными, или холоднокровными. Животные с постоянной температурой тела называются гомойотермными (теплокровными). Постоянство температуры тела называется изотермией. Она обеспечивает независимость обменных процессов в тканях и органах от колебаний температуры окружающей среды.

Температура тела человека

Температура отдельных участков тела человека различна. Наиболее низкая температура кожи отмечается на кистях и стопах, наиболее высокая - в подмышечной впадине, где ее обычно и определяют. У здорового человека температура в этой области равна 36-37° С. В течение суток наблюдаются небольшие подъемы и спады температуры тела человека в соответствии с суточным биоритмом: минимальная температура отмечается в 2-4 ч ночи, максимальная - в 16-19 ч.

Температура мышечной ткани в состоянии покоя и работы может колебаться в пределах 7° С. Температура внутренних органов зависит от интенсивности обменных процессов. Наиболее интенсивно обменные процессы протекают в печени, которая является самым «горячим» органом тела: температура в тканях печени равна 38-38,5° С. Температура в прямой кишке составляет 37-37,5° С. Однако она может колебаться в пределах 4-5° С в зависимости от наличия в ней каловых масс, кровенаполнения ее слизистой и других причин. У бегунов на большие (марафонские) дистанции в конце состязаний температура в прямой кишке может повышаться до 39-40° С.

Способность поддерживать температуру на постоянном уровне обеспечивается за счет взаимосвязанных процессов – теплообразования и выделения тепла из организма во внешнюю среду. Если теплообразование равно теплоотдаче, то температура тела остается постоянной. Процесс образования тепла в организме получил название химической терморегуляции, процесс, обеспечивающий удаление тепла из организма, - физической терморегуляции.

Химическая терморегуляция

Тепловой обмен в организме тесно связан с энергетическим. При окислении органических веществ выделяется энергия. Часть энергии идет на синтез АТФ. Эта потенциальная энергия может быть использована организмом в дальнейшей его деятельности. Источником тепла в организме являются все ткани. Кровь, протекая через ткани, нагревается.

Повышение температуры окружающей среды вызывает рефлекторное снижение обмена веществ, вследствие этого в организме уменьшается теплообразование. При понижении температуры окружающей среды рефлекторно увеличивается интенсивность метаболических процессов и усиливается теплообразование. В большей степени увеличение теплообразования происходит за счет повышения мышечной активности. Непроизвольные сокращения мышц (дрожь) являются основной формой повышения теплообразования. Увеличение теплообразования может происходить в мышечной ткани и за счет рефлекторного повышения интенсивности обменных процессов - несократительный мышечный термогенез.

Физическая терморегуляция

Этот процесс осуществляется за счет отдачи тепла во внешнюю среду путем конвекции (теплопроведения), радиации (теплоизлучения) и испарения воды.Конвекция - непосредственная отдача тепла прилегающим к коже предметам или частицам среды. Отдача тепла тем интенсивнее, чем больше разница температур между поверхностью тела и окружающим воздухом.

Теплоотдача увеличивается при движении воздуха, например при ветре. Интенсивность отдачи тепла во многом зависит от теплопроводности окружающей среды. В воде отдача тепла происходит быстрее, чем на воздухе. Одежда уменьшает или даже прекращает теплопроведение.

Радиация - выделение тепла из организма происходит путем инфракрасного излучения с поверхности тела. За счет этого организм теряет основную массу тепла. Интенсивность теплопроведения и теплоизлучения во многом определяется температурой кожи. Теплоотдачу регулирует рефлекторное изменение просвета кожных сосудов. При повышении температуры окружающей среды происходит расширение артериол и капилляров, кожа становится теплой и красной. Это увеличивает процессы теплопроведения и теплоизлучения. При понижении температуры воздуха артериолы и капилляры кожи суживаются. Кожа становится бледной, количество протекающей через ее сосуды крови уменьшается. Это приводит к понижению ее температуры, теплоотдача уменьшается, и организм сохраняет тепло.

Испарение воды с поверхности тела (2/з влаги), а также в процессе дыхания (1/з влаги). Испарение воды с поверхности тела происходит при выделении пота. Даже при полном отсутствии видимого потоотделения через кожу испаряется в сутки до 0,5 л воды - невидимое потоотделение. Испарение 1 л пота у человека с массой тела 75 кг может понизить температуру тела на 10° С.

В состоянии относительного покоя взрослый человек выделяет во внешнюю среду 15% тепла путем теплопроведения, около 66% посредством теплоизлучения и 19% за счет испарения воды. В среднем человек теряет за сутки около 0,8 л пота, а с ним 500 ккал тепла. При дыхании человек также выделяет ежесуточно около 0,5 л воды. При низкой температуре окружающей среды (15° С и ниже) около 90% суточной теплоотдачи происходит за счет теплопроведения и теплоизлучения. В этих условиях видимого потоотделения не происходит.

При температуре воздуха 18-22° С теплоотдача за счет теплопроводности и теплоизлучения уменьшается, но увеличивается потеря тепла организмом путем испарения влаги с поверхности кожи. При большой влажности воздуха, когда испарение воды затруднено, может возникнуть перегревание тела и развиться тепловой удар.Малопроницаемая для паров воды одежда препятствует эффективному потоотделению и может служить причиной перегревания организма человека.

В жарких странах, при длительных походах, в горячих цехах человек теряет большое количество жидкости с потом. При этом появляется чувство жажды, которое не утоляется приемом воды. Это связано с тем, что с потом теряется большое количество минеральных солей. Если добавить к питьевой воде соль, то чувство жажды исчезнет и самочувствие людей улучшится.

Центры регуляции теплообмена

Терморегуляция осуществляется рефлекторно. Колебания температуры окружающей среды воспринимаются терморецепторами. В большом количестве терморецепторы располагаются в коже, в слизистой оболочке полости рта, верхних дыхательных путях. Обнаружены терморецепторы во внутренних органах, венах, а также в некоторых образованиях центральной нервной системы. Терморецепторы кожи очень чувствительны к колебаниям температуры окружающей среды. Они возбуждаются при повышении температуры среды на 0,007° С и понижении - на 0,012° С.

Нервные импульсы, возникающие в терморецепторах, по афферентным нервным волокнам поступают в спинной мозг. По проводящим путям они достигают зрительных бугров, а от них идут в гипоталамическую область и к коре большого мозга. В результате возникают ощущения тепла или холода.В спинном мозге находятся центры некоторых терморегуляторных рефлексов. Гипоталамус является основным рефлекторным центром терморегуляции. Передние отделы гипоталамуса контролируют механизмы физической терморегуляции, т. е. они являются центром теплоотдачи. Задние отделы гипоталамуса контролируют химическую терморегуляцию и являются центром теплообразования. Важная роль в регуляции температуры тела принадлежит коре головного мозга. Эфферентными нервами центра терморегуляции являются главным образом симпатические волокна.

В регуляции теплообмена участвует и гормональный механизм, в частности гормоны щитовидной железы и надпочечников. Гормон щитовидной железы - тироксин, повышая обмен веществ в организме, увеличивает теплообразование. Поступление тироксина в кровь возрастает при охлаждении организма. Гормон надпочечников - адреналин - усиливает окислительные процессы, увеличивая тем самым теплообразование. Кроме того, под действием адреналина происходит сужение сосудов, в частности сосудов кожи, за счет этого уменьшается теплоотдача.

Приспособление организма к пониженной температуре окружающей среды. При понижении температуры окружающей среды происходит рефлекторное возбуждение гипоталамуса. Повышение его активности стимулирует гипофиз, результатом чего является усиленное выделение тиреотропина и кортикотропина, повышающих активность щитовидной железы и надпочечников. Гормоны данных желез стимулируют теплопродукцию.Таким образом, при охлаждении включаются защитные механизмы организма, повышающие обмен веществ, теплообразование и уменьшающие теплоотдачу.

Возрастные особенности терморегуляции

У детей первого года жизни наблюдается несовершенство механизмов. Вследствие этого при понижении температуры окружающей среды ниже 15° С возникает переохлаждение детского организма. На первом году жизни происходит уменьшение отдачи тепла посредством теплопроводности и теплоизлучения и увеличение теплопродукции. Однако до 2 лет дети остаются термолабильными (повышается температура тела после еды, при высокой температуре окружающей среды). У детей от 3 до 10 лет совершенствуются механизмы терморегуляции, но их неустойчивость продолжает сохраняться.

В препубертатном возрасте и в период полового созревания (пубертатный период), когда происходят усиленный рост организма и перестройка нейрогуморальной регуляции функций, усиливается неустойчивость терморегуляционных механизмов.В пожилом возрасте наблюдается снижение образования тепла в организме по сравнению со зрелым возрастом.

Проблема закаливания организма

Во все периоды жизни необходимо закаливать организм. Под закаливанием понимают повышение устойчивости организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды и в первую очередь к охлаждению. Закаливание достигается путем использования естественных факторов природы - солнца, воздуха и воды. Они действуют на нервные окончания и сосуды кожи человека, повышают активность нервной системы и способствуют усилению обменных процессов. При постоянном воздействии природных факторов происходит привыкание к ним организма. Закаливание организма эффективно при соблюдении следующих основных условий: а) систематическое и постоянное применение естественных факторов; б) постепенное и систематическое увеличение длительности и силы их воздействия (закаливание начинать с использования теплой воды, постепенно снижать ее температуру и увеличивать время проведения водных процедур); в) закаливание с применением контрастных по температуре раздражителей (теплая - холодная вода); г) индивидуальный подход к закаливанию.

Применение природных факторов закаливания необходимо сочетать с занятиями физической культурой и спортом. Хорошо способствует закаливанию утренняя гимнастика на свежем воздухе или в комнате при открытой форточке с обязательным обнажением значительной части тела и последующими водными процедурами (обливание, душ). Закаливание является наиболее доступным средством оздоровления людей.

Нарушение терморегуляции организма человека

Несовершенство процессов регуляции (патологии терморегуляции) может выражаться в том, что в первой фазе процесса регулирования (рассогласование и перерегуляция) - первичное сужение сосудов сменяется резким снижением их тонуса. Со стороны полости носа это выражается в появлении приступов чиханья или затруднении носового дыхания. При этом наблюдается и повышение сосудистой проницаемости слизистых оболочек носовых раковин. Недостаточность физической терморегуляции может обусловить необходимость включения химического звена при более высоких температурах, чем у здоровых лиц. Пациенты с таким типом нарушения регуляции мерзнут и дрожат при весьма незначительных понижениях температуры окружающей среды. Срыв регуляции с явлениями, характерными для неадекватного реагирования слизистой оболочки носа, наступает тогда, когда пациент замерз. Следующий тип нарушения регуляции - недостаточность физической терморегуляции - не компенсируется химическим звеном и холодовой дрожью. Вследствие этого срыв регуляции наступает без выраженных холодовых ощущений и без дрожи, т. е. такие пациенты не дрожат и не мерзнут, но тем не менее простуживаются.

Механизм возникновения обострения хронических воспалительных процессов ЛОР-органов при нарушении механизмов регуляции температурного гомеостаза объясняется образованием венозного стаза в области слизистой оболочки носа и глотки, повышением сосудистой проницаемости, что создает благоприятные условия для развития микрофлоры, постоянно имеющейся в очаге хронического воспаления.

У каждого вида гомойотермных организмов имеются участки тела, через которые происходит преимущественный обмен теплом с окружающей средой, так называемые теплообменники. У человека такими теплообменниками являются кисти рук и стопы ног. Так, через кисти может быть отведено от 7 до 80% тепла от основного обмена, несмотря на то, что кисти составляют всего 6% массы человеческого тела. При необходимости кровообращение в пальцах может увеличиваться в 600 раз. Естественно, что функциональное состояние сосудистой регуляции в области теплообменников сказывается и на состоянии слизистых оболочек полости носа. Исследованиями, проведенными в лаборатории М. Е. Маршака (1965), показано, что при погружении стоп в холодную воду температура слизистой оболочки носа снижается синхронно с температурой кожи стоп (адекватная реакция).

Однако у ряда лиц на определенном этапе действия холодового раздражителя, несмотря на низкую температуру в области стоп, наступает резкое повышение температуры слизистой оболочки полости носа, которое сопровождается приступами чихания и обильными выделениями из носа (неадекватная реакция). Кроме зон теплообменников большое значение имеют непосредственно область лица (специальная термочувствительная область у человека) и область шеи. Указанные зоны широко используются при разработке методических приемов закаливания лиц с патологией ЛОР-органов.

В процессах гомеостаза у всех теплокровных животных и человека большое значение имеет терморегуляция – способность поддерживать температуру тела на постоянном уровне независимо от колебаний температуры окружающей среды (изотермия ). В отличие от животных, температура тела которых находится в прямой зависимости от температуры окружающей среды (земноводные, пресмыкающиеся, рыбы), уровень температуры тела теплокровных организмов позволяет им сохранять свою активность в разных условиях обитания, повышая таким образом их адаптационные возможности.

Постоянство температуры тела обусловлено процессами теплообразования и теплоотдачи. Эти процессы регулируются сложными рефлекторными актами, которые возникают в ответ на температурное раздражение рецепторов кожи, кожных и подкожных сосудов, а также центральной нервной системы. Терморецепторы, воспринимающие холод или тепло, находятся в передней части гипоталамуса, в ретикулярной формации среднего мозга, а также в спинном мозге (см. Нервная система). В гипоталамусе расположены основные центры терморегуляции, которые координируют сложные процессы, обеспечивающие изотермию. Центры некоторых терморегуляторных рефлексов расположены в спинном мозге, определенное участие в процессах терморегуляции принимает кора головного мозга, железы внутренней секреции (прежде всего щитовидная железа и надпочечники). При охлаждении щитовидная железа более активно выделяет гормон, активизирующий обмен веществ и усиливающий в результате этого теплопродукцию. Надпочечники усиливают выделение адреналина, который суживает кожные сосуды, уменьшая теплоотдачу, и повышает теплообразование за счет усиления процессов окисления в тканях.

Так как разные органы имеют разную активность метаболизма, их температура может различаться. Самую высокую температуру имеет печень (37,8–38°С), так как она расположена глубоко внутри тела и имеет самый высокий уровень обменных процессов. Температура кожи более зависима от температуры окружающей среды и вследствие высокой теплоотдачи самая низкая (30–34°С), при этом она может значительно различаться: самая высокая на туловище и голове, самая низкая – на конечностях.

Температура тела имеет циркадный (околосуточный) режим и колеблется в пределах 0,5–0,7°С: максимум отмечается при мышечной работе и в 16–18 ч вечера, минимум – в покое и в 3–4 ч утра. Измеряют температуру тела в подмышечной впадине (36,5–36,9°С), у грудных детей часто в прямой кишке, где она выше и составляет 37,2– 37,5°С.

Постоянство температуры тела у человека сохраняется лишь при равновесии процессов теплообразования и теплоотдачи организма (рис. 1.25). Это достигается с помощью физических и химических механизмов теплорегуляцию

Химическая терморегуляция происходит посредством активизации обменных процессов в тканях организма, приводящей к усилению теплообразования. У человека усиление теплообразования отмечается при снижении температуры окружающей среды ниже оптимальной (так называемой зоны температурного комфорта). В одежде температура комфорта составляет 18–20°С, без нее – 28°С. Наиболее интенсивное теплообразование наблюдается в мышцах, печени и почках.

Физическая терморегуляция происходит посредством уменьшения либо усиления теплоотдачи за счет изменения излучения тепла (радиационная теплоотдача), конвекции (перемешивание нагреваемого телом воздуха) и испарения воды с поверхности кожи и легких. В состоянии покоя при температуре 20°С у человека радиация составляет 66%, испарение – 19%, конвекция – 15% общей потери тепла организмом. Препятствует теплоотдаче слой подкожной жировой клетчатки, поскольку ее жировая ткань имеет малую теплопроводность, и одежда, создающая слой неподвижного воздуха вокруг тела.

Рис. 1.25.

Теплоотдача путем радиации и конвекции возможна только в условиях температуры окружающей среды до 35°С, при более высокой температуре воздуха температура тела поддерживается только за счет испарения пота; ведущей становится теплоотдача путем испарения и при интенсивной мышечной нагрузке. Эффективность этого вида теплоотдачи находится в зависимости от влажности воздуха и воздухопроницаемости одежды. В поддержании температуры тела участвует и дыхание: во время выдоха легкие выделяют воду в виде водяных паров, этот вид теплоотдачи регулируется изменением частоты дыхания.

Важным механизмом терморегуляции является перераспределение крови в сосудах и объема циркулирующей крови. При низкой температуре артериолы кожи сужаются, большее количество крови поступает в сосуды брюшной полости, в результате чего ограничивается теплоотдача, а внутренние органы дополнительно согреваются. При еще более сильном охлаждении открываются сосуды, обеспечивающие сброс крови из артерий в вены (артериовенозные анастомозы), и поступление крови в капилляры дополнительно уменьшается. При повышении температуры тела сосуды кожи расширяются, увеличивается объем крови, протекающей по сосудам кожи, что приводит к охлаждению крови в сосудах кожи за счет теплоотдачи с поверхности тела (рис. 1.26).

Рис. 1.26. Механизм теплоотдачи на холоде (А) и в тепле (Б)

Дополнительными средствами терморегуляции могут служить изменение положения тела, "гусиная кожа", озноб. Так, когда человеку холодно, он сворачивается в "клубочек", уменьшая поверхность теплоотдачи. "Гусиная кожа" – рудиментарная реакция, сохранившаяся у человека в процессе эволюции от животных предков, покрытых шерстью, – позволяет поднять шерсть, увеличив таким образом слой согретого неподвижного воздуха вокруг туловища и закрыть выводные протоки потовых желез, уменьшая испарение воды с поверхности тела. Озноб, возникающий при переохлаждении, приводит к дополнительному образованию тепла в результате мышечной работы (мелкой дрожи), идущему на согревание тела.

Изменение терморегуляции в онтогенезе. В процессе онтогенеза способность поддерживать постоянную температуру тела развивается постепенно. Новорожденный ребенок отличается неустойчивой терморегуляцией: у него легко возникает охлаждение или перегревание организма при изменении температуры окружающей среды, даже небольшая мышечная нагрузка (длительный плач) может привести к повышению температуры тела. Очень низка способность к терморегуляции у недоношенных детей, поэтому они нуждаются в специальных условиях для поддержания температуры тела.

Основные терморегуляторные реакции организма формируются в младенческом возрасте. В первые месяцы жизни защита от потери тепла организмом осуществляется главным образом подкожной жировой клетчаткой. Такой статичный механизм не позволяет в достаточной степени регулировать теплоотдачу в соответствии с текущей ситуацией, поэтому дети младенческого возраста легко подвержены переохлаждению и перегреванию. Организм ребенка приспособлен к уменьшению теплоотдачи с относительно большой поверхности тела преимущественно за счет теплоизоляции подкожной жировой клетчаткой. Кроме того, в этом возрасте в организме ребенка функционирует бурая жировая ткань. Она насыщена митохондриями, участвующими во внутриклеточных энергетических процессах, и "согревает" крупные сосуды, расположенные вдоль позвоночника. Сосудодвигательные реакции, определяющие тонус поверхностно расположенных сосудов и регулирующие теплоотдачу, активно формируются на протяжении первого года жизни. Так как они еще несовершенны, легко возникает переохлаждение или перегревание организма, поэтому при уходе за младенцами и их воспитании тепловой режим должен соблюдаться достаточно строго. После года к производству тепла начинают подключаться мышцы, а бурая жировая ткань постепенно перестает функционировать. Однако механизмы теплоотдачи еще несовершенны и температура комфорта остается высокой – около 30°С. В возрасте от 3 до 7 лет значительное место занимают механизмы химической (метаболической) терморегуляции. С 6-летнего возраста начинается быстрое совершенствование сосудодвигательных реакций периферических сосудов и к 10 годам физическая терморегуляция приближается по своей эффективности к уровню взрослого человека. В подростковом возрасте увеличивается скорость кровотока, что приводит к повышению температуры кожи. Кроме этого, неустойчивость сосудистого тонуса, свойственная этому возрасту, снижает возможности физической терморегуляции и для поддержания постоянства температуры тела опять становится необходимым увеличение производства тепла за счет активизации метаболических процессов. Следовательно, в пубертатный период возможности терморегуляции снижаются, сокращая определенным образом адаптационные ресурсы организма. В юношеском возрасте температурный гомеостаз становится более устойчивым, терморегуляторные реакции более экономичными. В пожилом и старческом возрасте замедляются обменные процессы, снижаются возможности адаптационной регуляции тонуса сосудов и мышечного компонента физической терморегуляции, что приводит к снижению температуры тела, легкому возникновению переохлаждения организма, воспалительных и простудных заболеваний.

Действительно, нарушение теплового равновесия возникает вследствие повреждения внутренних органов, задействованных в регуляции тепла.

В норме температура человека должна сохраняться в пределах 36,2-37 градусов. Терморегуляция организма человека – это возможность тела контролировать теплообмен, чтобы температура не превышала допустимого показателя. Тепловое равновесие достигается такими способами: путем изменения объема кровообращения и количества выделяемого пота, за счет биохимических процессов. При этом за нормализацию баланса отвечают все виды теплообмена сразу, отличается лишь степень их вовлеченности.

Механизм регулирования обмена

Теплообмен химическим способом осуществляется благодаря вырабатыванию энергии. В этот процесс вовлечены все органы особенно, когда через них проходит кровь. Максимальное количество энергии производится в полосатых поперечных мышцах и печени. Контроль баланса температуры тела за счет выброса тепловой энергии – это физическая регуляция тепла. Она осуществляется при помощи прямого обмена тепла с холодными предметами, воздухом, инфракрасным излучением. Сюда также можно включить дыхание и испарение пота с кожного покрова.

Как сохраняется тепловое равновесие

Внутренняя температура контролируется специальными чувствительными рецепторами. Большая часть их размещена в кожном покрове, слизистой рта, верхних дыхательных путях. Если условия внешней среды не соответствуют норме, рецепторы подают сигнал в головной мозг и появляется чувство перегрева или переохлаждения. Процессы выработки или отдачи тепла запускаются центром терморегуляции.
Стоит отметить, что механизмы образования энергии происходят также за счет определенных гормонов. Например, тироксин повышает производство тепла за счет ускорения обменных процессов. Адреналин имеет такое же действие, но оно осуществляется благодаря ускорению процессов окисления. К тому же адреналин сужает кровеносные сосуды в коже, что также способствует сохранению тепла.

Биохимический способ

Биохимическим путем тепловое равновесие достигается за счет увеличения процессов окисления, которые происходят в человеческом организме. Внешне такое явление проявляется дрожью в мышцах, которая появляется, если организм переохлажден. Как результат организму подается большее количество тепла для достижения равновесия. Если при понижении температуры внешней среды выработка тепла не осуществляется, то это указывает на нарушение баланса.

Усиление кровообращения

Нарушение равновесия тепла регулируется также изменением интенсивности объема подаваемой крови, которая переносит энергию от органов к поверхности тела. Кровообращение усиливается благодаря расширяющимся/сужающимся сосудам. Если температуру нужно уменьшить, происходит расширение. Для увеличения тепла – сужение. Объем подаваемой крови может меняться в тридцать раз, внутри пальцев – до шестисот раз.

Интенсивность выделения пота

Физическая регуляция теплообмена может происходить и за счет усиления выделения пота. В этом случае равновесие тепла достигается благодаря испарению. Механизмы испарительного охлаждения тела крайне важны для организма. К примеру, если температура окружающей среды находиться на показателе 36 градусов, теплообмен от человека во внешнюю атмосферу производиться преимущественно за счет выделения пота и его испарения.

Допустимый диапазон параметров внешней среды

При различных пределах параметров окружающей среды механизмы терморегуляции справляются с поддержанием теплового равновесия. При условиях воздушной среды, когда физическая терморегуляция определяет оптимальный уровень интенсивности обмена веществ у человека, не возникает напряженность и прочие негативные ощущения. Такие условия считаются оптимальными или комфортными.

Зона, в которой внешняя среда практически полностью забирает тепло, выделяемое организмом, но при этом механизмы регуляции держат температуру тела под контролем, считается допустимо комфортной.

Условия, при которых происходит нарушение теплового равновесия организма, считаются дискомфортными. Если механизмы терморегуляции работают в незначительном напряжении, то условия определяются, как допустимо дискомфортные. Такая среда характеризуется метеорологическими параметрами, не превышающими допустимой нормы.

Если параметры превышают установленные значения, то системы регуляции тепла работают в усиленном (напряженном) режиме. Такие условия вызывают ощутимый дискомфорт, происходит нарушение теплового баланса. Возникает переохлаждение тела или его перегрев, зависимо от того, в какую сторону нарушено тепловое равновесие, в плюс или минус.

Причины нарушения теплового баланса

Небольшие изменения выработки тепловой энергии и ее передачи в атмосферу возникают при физическом напряжении. Это не нарушение, так как в спокойном состоянии, в процессе отдыха, все процессы терморегуляции быстро приходят в норму.

Нарушение в тепловом обмене, как правило, появляется как следствие системных заболеваний, сопровождающихся воспалительными процессами в организме. Тем не менее ситуации, какие стали причиной сильного повышения температуры тела при воспалениях, неправильно считать патологическими.

Лихорадка и жар появляются, чтобы остановить рост клеток, пораженных бактериями, вирусами. По сути, данные структуры являются естественной защитной реакцией иммунитета, и лечение здесь не требуется.

Действительно, нарушение теплового равновесия возникает вследствие повреждения внутренних органов, задействованных в регуляции тепла – гипоталамуса, мозга (спинного и головного), гипофиза.

Физическая и биохимическая регуляция теплообмена нарушается, если имеется механические повреждения тела, образование опухолей, кровоизлияния. Дополнительно увеличивают нарушение болезни сердечно-сосудистой и эндокринной системы, сбои гормонального уровня, физический перегрев/переохлаждение.

Лечение патологии

Для восстановления корректного протекания механизмов теплорегуляции требуется соответствующее лечение, которое назначается после выяснения причин возникшего нарушения в выработке и отдаче тепловой энергии. Врач, прежде чем определить какое требуется лечение, выдаст направление к неврологу, порекомендует сдать лабораторные анализы и пройти назначенные медицинские исследования. Только такой подход позволит спланировать правильное лечение, которое поможет восстановить системы естественной терморегуляции.

Организм человека имеет постоянную температуру 36,6 С. Для сохранения ее постоянства на коже человека находятся два вида анализаторов: одни реагируют на холод, другие -- на тепло. Температурные анализаторы защищают организм от переохлаждения и перегрева, помогают сохранять постоянную температуру тела. Совокупность процессов теплообразования и теплоотдачи, происходящих в организме и позволяющих поддерживать температуру тела постоянной, называется терморегуляцией.

Механизм теплообразования имеет химическую терморегуляцию, а теплоотдача -- физическую терморегуляцию. Усиление теплообразования достигается за счет увеличения интенсивности энергетического обмена, и главный вклад в него вносит мышечная активность. Так в состоянии покоя теплообразование составляет 111,6-125,5 Вт, а при интенсивной мышечной работе -- 313,6-418,4 Вт.

Для протекания нормальных физиологических процессов в организме человека необходимо, чтобы выделяемая организмом теплота отводилась в окружающую среду. Отдача теплоты организмом в окружающую среду происходит в результате теплопроводности человека через одежду, конвекции тела, излучение на окружающие поверхности, испарения влаги с поверхности, часть теплоты расходуется на нагрев выдыхаемого воздуха. При высокой температуре воздуха в помещении кровеносные сосуды человека расширяются, в результате чего происходит повышенный приток крови к поверхности тела и теплоотдача в окружающую среду возрастает. Вместе с потом организм теряет значительное количество минеральных солей (до 1%, в т.ч. 0,4.0,6 NaCl). При неблагоприятных условиях на производстве потеря жидкости - 8-10 литров за смену и в ней до 60 гр. поваренной соли (всего в организме около 140 гр. NaCl). Потеря крови лишает кровь способности удерживать воду и приводит к нарушению деятельности сердечно-сосудистой системы. Также при высокой температуре легко расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки, что также может привести к негативным последствиям. Считается допустимым для человека снижение его массы на 2-3% путём испарения влаги - обезвоживание организма. Обезвоживание на 6% ведёт за собой нарушение умственной деятельности, снижение остроты зрения; испарение влаги на 15-20% приводит к смертельному исходу.

Для восстановления водного баланса работающих в условиях повышенной температуры устанавливают пункты подпитки подсоленной (около 0,5% NaCl) газированной водой. В ряде случаев для этой цели применяют белково-витаминный напиток. В жарких климатических условиях рекомендуется пить охлаждённую воду или чай.

Однако при t = 35 °С окружающей среды отдача теплоты конвекцией и излучением прекращается. При понижении t окружающей среды кровеносные сосуды сужаются и приток крови к поверхности тела замедляется, и теплоотдача уменьшается. Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделение человека полностью воспринимается окружающей средой, т.к. тогда имеет место тепловой баланс. В этом случае температура внутренних органов остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде, происходит рост температуры внутренних органов, и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием “жарко”. Перегревание приводит к гипертермии - перегреванию организма выше допустимого уровня (до 38-39 град.С.), с такими же симптомами, как и у теплового удара. В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек, то происходит охлаждение организма (холодно). Длительное воздействие пониженной температуры, большая подвижность и влажность воздуха, могут быть причиной охлаждения и даже переохлаждения организма - гипотемии.

Теплоизоляция человека, находящегося в состоянии покоя (отдых сидя или лежа), от окружающей среды приводит к повышению температуры внутренних органов уже через 1 час на 1,2 град.С. Теплоизоляция человека, производящего работу средней тяжести, вызовет повышение температуры уже на 5 град.С. и вплотную приблизится к максимально допустимой.

Тепловое самочувствие человека, тепловой баланс в системе человек-окр.среда зависит от температуры окр. среды, подвижности и относительной влажности воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физического нагревания организма.

Влажность воздуха оказывает влияние на терморегуляцию организма: высокая влажность (более чем 85%) затрудняет терморегуляцию вследствие снижения испарения пота, а слишком низкая (менее 20%) - вызывает пересыхание слизистой оболочки дыхательных путей. Оптимальная величина влажности 40 - 60%. Движение воздуха оказывает большое влияние на самочувствие человека. В жарком помещении оно способствует увеличению теплоотдачи организма человека и улучшает состояние при низкой температуре. В зимнее время года скорость движения воздуха не должна превышать 0,2 - 0,5 м/с, а летом - 0,2 - 1 м/с. Скорость движения воздуха может оказывать неблагоприятное воздействие на распространение вредных веществ.

Требуемый состав воздуха может быть обеспечен за счет выполнения следующих мероприятий:

• 1) механизация и автоматизация производственных процессов, включая дистанционное управление. Эти мероприятия защищают от вредных веществ, теплового излучения. Повышают производительность труда;
• 2) применение технологических процессов и оборудования, исключающих образование вредных веществ. Большое значение имеет герметизация оборудования, в котором находятся вредные вещества;
• 3) защита от источников тепловых излучений;
• 4) устройства вентиляции и отопления;
• 5) применение индивидуальных средств защиты.

Оценка условий труда базируется на исследовании санитарно-гигиенических факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. По результатам исследований составляют Карту условий труда на рабочем месте. В ходе выполнения работы необходимо определить: производственные факторы на конкретном рабочем месте, подлежащие лабораторным исследованиям; нормативные значения предельно допустимых параметров факторов производственной среды и трудового процесса, используя систему стандартов безопасности труда, санитарные нормы и правила, другие нормативы по охране труда; фактические значения параметров факторов производственной среды путем лабораторных исследований, инструментальных замеров или путем расчетов. Приборы и устройства для измерения должны соответствовать метрологическим требованиям и быть проверенными в установленные сроки.

Условия труда классифицируются на:

Оптимальные микроклиматические условия - это такое сочетание параметров микроклимата, которое при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивает общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены.

Допустимые микроклиматические условия-это такие сочетания параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать напряжение реакций терморегуляции и которые не выходят за пределы физиологических приспособительных возможностей человека.

Между человеком и окружающей его средой постоянно происходит теплообмен. Факторы окружающей среды воздействуют на организм комплексно, и в зависимости от их конкретных значений вегетативные центры (полосатое тело, серый бугор промежуточного мозга) и ретикулярная формация, взаимодействуя с корой головного мозга и посылая по симпатическим волокнам импульсы к мышцам, обеспечивают оптимальное соотношение процессов теплообразования и теплоотдачи.

Терморегуляцией организма называется совокупность физиологических и химических процессов, направленных на поддержание температуры тела в определенных пределах (36,1...37,2 °С). Перегрев тела или его переохлаждение приводит к опасным нарушениям жизненных функций, а в некоторых случаях — к заболеваниям. Терморегуляция обеспечивается изменением двух составляющих теплообмен процессов — теплопродукции и теплоотдачи. На тепловой баланс организма существенно влияет теплоотдача, как наиболее управляемая и изменчивая.

Теплота вырабатывается всем организмом, но более всего поперечнополосатыми мышцами и печенью. Теплообразование организма человека, одетого в домашнюю одежду и находящегося в состоянии относительного покоя при температуре воздуха 15...25°С, сохраняется приблизительно на одном и том же уровне. С понижением температуры оно увеличивается, а при ее повышении с 25 до 35 °С несколько уменьшается. При температуре более 40 °С выработка теплоты начинает увеличиваться. Эти данные свидетельствуют о том, что регуляция производства теплоты в организме главным образом происходит при пониженных температурах окружающей среды.

Теплопродукция возрастает при выполнении физической работы, причем тем больше, чем тяжелее работа. Количество вырабатываемой теплоты зависит также от возраста и состояния здоровья человека. Усредненные значения теплопродукции взрослого человека в зависимости от температуры окружающего воздуха и тяжести выполняемой работы приведены в таблице 14.3.

14.3. Теплопродукция человека в зависимости от температуры воздуха и тяжести выполняемой работы

Различают три вида теплоотдачи организма человека:

излучение (в виде инфракрасных лучей, испускаемых поверхностью тела в направлении предметов с меньшей температурой);

конвекция (нагревание омывающего поверхность тела воздуха);

испарение влаги с поверхности кожи, слизистых оболочек верхних дыхательных путей и легких.

Процентное соотношение между этими видами теплоотдачи человека, находящегося в нормальных условиях в состоянии покоя, выражается следующими цифрами: 45/30/25. Однако указанное соотношение может изменяться в зависимости от конкретных значений параметров микроклимата и тяжести выполняемой работы.

Теплоотдача излучением происходит только в том случае, когда температура окружающих предметов ниже температуры открытых участков кожи (32. ..34, 5 °С) или наружных слоев одежды (27. ..28 °С для легко одетого человека и приблизительно 24 °С для человека в зимней одежде). Основная часть излучения относится к инфракрасному диапазону с длиной волны (4. ..50) * 10-6м. При этом теряемое организмом в единицу времени количество теплоты, Дж/с (1 Дж/с = 1 Вт),

Pp = Sδ(Tч4 - То4),

где S— площадь поверхности тела человека, определяемая по графику (рис. 14.1), м2. Если масса и рост человека неизвестны, то принимают S= 1,5м2; δ — приведенный коэффициент излучения, Вт/(м2*К4): для хлопчатобумажной ткани 5 = 4,2*10-8, для шерсти и шелка δ = 4,3*10 , для кожных покровов человека δ = 5,1*10-8; Тч — температура поверхности тела человека: для раздетого человека 306 К (это соответствует 33 °С); Тo — температура окружающей среды, К.

Рис. 14.1. График для определения площади поверхности тела человека в зависимости от его массы и роста

Теплоотдача конвекцией также происходит в случае, если температура поверхности кожи или верхних слоев одежды выше температуры омывающего их воздуха. При отсутствии ветра прилегающий к поверхности кожи раздетого человека слой воздуха толщиной 4...8 мм нагревается за счет его теплопроводности. Более отдаленные слои нагреваются вследствие естественного движения воздуха или принудительного побуждения. С увеличением скорости движения воздуха толщина окружающего человека пограничного слоя уменьшается до 1 мм, а теплоотдача поверхности тела возрастает в несколько раз. Потери теплоты конвекцией через дыхательные пути меньше, чем от кожного покрова, и происходят в тех случаях, когда температура вдыхаемого воздуха ниже температуры тела. Теплоотдача конвекцией повышается с ростом барометрического давления.

Приближенно потери теплоты в единицу времени конвекцией, Дж/с, можно определить по формуле

Pк1 = 7(0,5 + √v)S(Tч - То)

Рк2 = 8,4(0,273 + √v)S(Tч - То)

где v — скорость движения воздуха, м/с.

Первую формулу используют при скорости движения воздуха v ≤ 0,6 м/с, вторую — при v > 0,6 м/с.

Испарение — это теплоотдача при повышенной температуре воздуха, когда указанные ранее способы теплоотдачи затруднены или невозможны. В обычных условиях на большей части поверхности тела человека происходит неощутимое потоотделение, возникающее в результате диффузии воды без активного участия потовых желез. Исключение составляют поверхности ладоней, подошв и подмышечных впадин (составляющие примерно 10 % поверхности тела), на которых пот выделяется непрерывно.

В результате испарения организм в сутки теряет в среднем около 0,6 л воды. Так как на испарение 1 г воды затрачивается приблизительно 2,5 кДж теплоты, то потери ее за сутки составят приблизительно 1500кДж. С увеличением температуры воздуха и степени тяжести работы за счет более активного проникновения жидкости через стенки оплетающих потовые железы артериальных сосудов и нервной регуляции потоотделение усиливается, достигая за смену 5 л, а в некоторых случаях 10... 12 л. Отдача теплоты также возрастает.

При слишком интенсивном выделении пот не всегда успевает испариться и может выделяться в виде капель. В этом случае влажный слой на коже препятствует теплоотдаче, приводя в дальнейшем к перегреванию организма. Кроме влаги с потом человек теряет большое количество солей (в 1 л пота содержится 2,5...2,6 г хлорида натрия) и водорастворимых витаминов (С, BI, 62), что приводит к сгущению крови и ухудшению работы сердца. Следует отметить, что при потере количества воды, равного 1 % общей массы тела, у человека возникает чувство сильной жажды; утрата 5 % воды приводит к потере сознания, 10% — к смерти.

Количество выделяемого пота зависит и от индивидуальных особенностей организма, а также от степени его приспособляемости к данным климатическим условиям. На интенсивность испарения влаги влияют температура и скорость движения воздуха.

Через дыхательные пути испаряется около 300...350 г влаги в сутки, что приводит к потере 750...875 кДж теплоты.

Общие потери теплоты испарением в единицу времени, Дж/с, можно приближенно определить по формуле

Ри = 0,6547q(1 + kл), где q — интенсивность выделения пота, г/ч, определяемая взвешиванием человека; kл — коэффициент пересчета теплоотдачи через легкие, зависящий от температуры окружающего воздуха: при О "С kл = 0,43, при 18 °С — 0,3, при 28 °С — 0,23, при 35 °С - 0,035 и при 45°С kл = 0,015.

Главная » ЧП, БП и иже с ними » Терморегуляция, виды терморегуляции. Терморегуляция и ее значение для организма человека Какое отношение к терморегуляции имеет такое поведение