Температура тела человека и терморегуляция

Оглавление

1. Температура тела и терморегуляция.

Термический режим тела человека характеризуется существенной особенностью, свойственной всем теплокровным животным,- наличием сравнительно постоянного  уровня внутренней температуры тела. У человека внутренняя температура тела близка к 37градусам. Сохранение температуры тела в пределах нормы является необходимым условием жизнедеятельности человека.[2] Если температура тела должна оставаться постоянной, то необходимо, чтобы в тепловом балансе человека сохранялось равенство прихода и расхода тепла. Действительно, если приход тепла будет больше расхода, то температура тела будет повышаться. Если же приход тепла будет меньше расхода, то это приведёт к понижению температуры тела. В физиологических исследованиях было установлено[1,3], что температура тела человека поддерживается путём регуляции тепла и его отдачи. Химическая терморегуляция является основной. Дополнительное регулирование осуществляется за счёт изменений теплоотдачи с помощью так называемой физической терморегуляции. Физическая терморегуляция определяется как физическими так и физиологическими процессами. Схематично можно довольно просто разграничить область действия этих процессов: теплоотдача от внутренних органов к коже происходит на основе физиологических закономерностей, а теплоотдача от кожи через одежду во внешнюю среду- в соответствии с физическими закономерностями. Причём факторы внешней среды оказывают влияние не только на физическую, но и на химическую терморегуляцию. Человек отдаёт в окружающую среду тепло, которое он сам продуцирует и которое получает в виде радиации, пятью основными способами[4]:1) молекулярной теплопроводностью, 2) турбулентной теплопроводностью, 3) длинноволновым излучением, 4)дыханием, 5) испарением пота. Передача тепла путём молекулярной теплопроводности происходит при непосредственном соприкосновении двух тел. У человека этот вид теплообмена ограничивается небольшими участками соприкосновения ног или обуви с поверхностью земли или полом, и им можно пренебречь. Если изучается теплообмен для человека в положении лёжа, то молекулярная теплопроводность играет важную роль. Величина отдачи тепла путем молекулярной теплопроводности пропорциональна разности температур и площади соприкасающихся поверхностей.

В условиях, когда поверхность  тела человека теплее окружающего воздуха, турбулентный теплообмен является одним  из основных путей передачи тепла  от организма во внешнюю среду  и связан с непрерывным нагреванием  организмом близлежащих слоёв воздуха, причем нагретый воздух постоянно обменивается на холодный. Потеря тепла конвекцией зависит от температуры воздуха, скорости ветра, площади нагретого тела, теплопроводности внешних слоев нагретого тела и некоторых других характеристик.

Как и всякое тело, организм человека теряет тепло путем излучения. Потери тепла излучением определяются известным законом Больцмана. При этом необходимо иметь в виду, что тело человека не является абсолютно черным излучателем, и это учитывается введением соответствующего множителя.

Постоянство температуры  тела осуществляется в результате сложной  работы терморегулирующего аппарата организма  человека, который через высшие отделы центральной нервной системы  чутко реагирует на изменения  термических условий окружающей среды. Под влиянием этих воздействий организм способен менять количество вырабатываемого им и отдаваемого в окружающее пространство тепла. У человека, как и у всех высших животных основной обмен в условиях высоких температур немного повышается. Механизм терморегуляции увеличивает теплоотдачу в результате рефлекторного расширения периферических сосудов, что улучшает кровоснабжение кожи и, следовательно, создаёт условия, при которых отдача тепла организмом повышается за счет усиления конвекции и излучения тепла в окружающую среду. Одновременно увеличивается и потоотделение, являющееся в этих условиях главным фактором теплопотери за счет энергии, расходуемой на испарение пота с поверхности кожи [5].

При действии на организм низкой температуры отмечается рефлекторный процесс, обратный тому, который наблюдается в условиях жаркой погоды: механизм терморегуляции повышает теплопродукцию, периферические сосуды сужаются, кровоснабжение кожи уменьшается, а процесс потоотделения резко ослабевает  или прекращается. Это способствует резкому уменьшению теплоотдачи.

При очень сильном  охлаждении тела величина теплопродукции в покое может увеличиться  в три раза. Это явление связывают  с изменением скорости окислительных  процессов при изменении мышечного  напряжения, возникновения дрожания и т. п. 

Все высказанное о  терморегуляции можно отнести только  к «среднему» человеку. Этот процесс  зависит от возраста, акклиматизации, пола и т. д.  Например некоторые  специалисты считают, что женщины  обладают большей термостатичностью, другие подчёркивают роль акклиматизации к холоду и адаптации организма к температурным колебаниям.

Таким образом, условия  внешней среды, влияя на организм через нервные рецепторы, приводят в действие систему физиологических механизмов, которая в зависимости от характера температурного раздражителя соответственно ослабляет или усиливает процессы теплоотдачи и теплопродукции, обеспечивая тем самым сохранение температуры на нормальном физиологическом уровне.

2. Температура кожи.

При неизменной температуре  внутренних органов человек может испытывать различное тепловое состояние, которое им субъективно оценивается как «тепло», «прохладно», «холодно» и т. д. Тепловое состояние человека определяется прежде всего температурными изменениями, которые происходят в поверхностных тканях тела. Как показывают данные многочисленных исследований температурного режима и теплосодержания в различных слоях тела, наибольшие изменения температуры наблюдаются в верхних слоях тканей. Так, на глубине 2,5 см от поверхности кожи уже отсутствует сколько-нибудь значительное изменение температуры во времени, причем она близка к температуре внутренних органов.[6]Таким образом, для теплового баланса и теплового состояния человека условия температурного режима кожи являются определяющими, поскольку теплоотдача происходит с поверхности тела.

В целом ряде экспериментальных работ, посвященных исследованию теплового баланса, физиологам удалось установить тесную корреляцию между субъективными оценками теплового состояния и температурой кожи. Причем оказалось, что каждой субъективной оценке соответствует температура кожи не отдельных точек тела, а ее средневзвешенное значение, определенное для всей поверхности тела. Следовательно, по данным средней температуры кожи можно объективно оценивать тепловое состояние.

Впервые предложение  использовать температуру кожи в  качестве показателя теплового состояния человека было сделано бельгийским метеорологом Венсеном в 1890 г.  Венсен составил формулу для расчета температуры кожи большого пальца руки по данным измерений температуры воздуха, температуры шарового термометра и скорости ветра. По результатам таких расчетов и измерений была составлена таблица соотношения температуры кожи с тепловым состоянием человека.

В дальнейшем многие работы были направлены на поиски наиболее характерных точек на поверхности тела, в которых измеренная температура соответствовала бы действительному тепловому состоянию. Однако оказалось, что такой точки не существует, поскольку каждая из них является репрезентативной для определенной части, а не для всего тела. Отдельные участки тела при этом характеризуются различными температурами, например, в условиях комфорта температура лба может изменяться в пределах 31—34° С, а груди 31,5—33,5° С [6].

Таблица 1. Значения средней температуры кожи ºС при различном теплоощущении человека.

Особенности топографии кожных температур возникают в процессе онтогенетического развития. Обнаружено, что у новорожденных почти нет различия в температуре туловища и конечностей [6]. Следовательно, распределение температурных точек зависит от возраста, обычаев, закалки и т.д, что в значительной степени определяет трудности поисков температурного показателя теплового состояния. При расчете теплового обмена работающего человека следует учитывать, что топография кожных температур зависит от топографии мышечной активности. Наиболее правильное представление о тепловом состоянии дает средневзвешенная температура кожи, которая определяется с учетом процентного отношения поверхности отдельных частей тела, на которых измерялась температура кожи, ко всей поверхности тела.

Разные авторы предлагают производить измерения средневзвешенной температуры кожи по различному числу точек (от 5 до 18). Несмотря на кажущуюся неоднозначность экспериментов, большинство исследователей пришли к одинаковым выводам, что средняя температура кожи может изменяться от 26 до 38° С, причем для отдельных точек температура кожи изменяется на 20° и больше. Температура внутренних частей тела при этом сохраняется в пределах нормы в результате действия терморегулирующих систем организма.

В условиях очень высоких тепловых нагрузок и при выполнении тяжелой физической работы может оказаться, что средняя температура кожи не будет соответствовать действительному тепловому состоянию. В этом случае деятельность системы терморегуляции не может предотвратить роста температуры тела и вследствие наступления обильного, так называемого профузного потения температура кожи перестает расти и даже понижается. Однако в условиях сухой жары температура кожи может повышаться до 38°С.

При воздействии высоких температур необходимо учитывать не только температуру кожи, но и интенсивность кожного кровотока, частоту сердечных сокращений, потоотделение и некоторые другие физиологические реакции.

Средневзвешенная температура  кожи, отвечающая условиям теплового  комфорта, равняется примерно 33° С [6].

Наиболее близкое к комфорту теплоощущение было отмечено при  температуре кожи 31—33° С. Разброс в два градуса объясняется индивидуальными особенностями испытуемых (полом, возрастом и т. д.) и различными климатическими сезонами, в которых проводились эксперименты. Причем в условиях жаркого климата у лиц, находящихся в состоянии покоя, при отсутствии потоотделения тепловой баланс устанавливается при более высокой температуре, чем в условиях более холодного климата.

 Средняя температура кожи может оказывать влияние не только на испарение влаги с поверхности тела, но и на теплопродукцию. Однако теплопродукция человека , не занятого физической работой, сравнительно мало зависит от температуры кожи в интервале температур, соответствующем зоне комфорта; средняя величина теплопродукции оказывается примерно равной 0,085 кас/кв.см*мин. Таким образом, главным фактором повышения теплопродукции является работа, а не средняя температура кожи.

При расчёте затрат тепла  за счёт длинноволнового излучения  нужно знать величину коэффициента, характеризующего излучательные свойства кожи.  Этот коэффициент можно принять как и для земной поверхности= 0,95. В расчётах учитывают коэффициенты отражения. Альбедо, характеризующий способность отражать излучение, поверхностей тела человека и тканей одежды может изменяться в широких пределах. Например у белой кожи альбедо=0,45, у кожи среднего блондина-0,43,  кожа смуглого брюнета - 0,35, кожа тёмная (индиец )- 0,22, кожа тёмная (негр)-0,16.

3. Одежда.

При изучении условий теплового баланса и теплового состояния человека наряду с метеорологическими факторами и факторами физической работы необходимо принимать во внимание теплоизолирующее влияние одежды. Одежда предохраняет человека не только от холода, но и от чрезмерного влияния солнечной радиации. Поэтому решение вопроса об определении и создании рациональной для различных климатических условий одежды является одной из главных проблем гигиены и биоклиматологии.

Обмен тепла между  телом человека и окружающей его  средой—это сложное и многообразное явление, в котором имеют место различные биологические и физические процессы и в котором теплозащитное действие одежды не остается постоянным. Оно зависит

от рода одежды, от климатических  условий, от физической нагрузки и общего состояния организма человека. Одежда является одним из важнейших регуляторов физиологических процессов, управляющих тепловым режимом организма.

В  работах по вопросам влияния одежды на теплообмен [6] изучались изменения температуры кожи под одеждой и оценивалось влияние различных видов одежды на тепловое состояние человека. Например, условия теплового комфорта у человека, находящегося в покое или занятого лёгкой физической работой в обычных комнатных условиях (температура 20 град.) создаёт одежда из шерстяного костюма и белья. По теплоизоляции лёгкая летняя одежда в 10 раз ниже арктической. Таким образом, сохранению устойчивого теплового состояния организма способствует не только рефлекторно- физиологические процессы, но и благоприятные климатические условия, созданные искусственно с помощью одежды.

4. Тепловая адаптация и её  физиологические механизмы.

 У людей, живущих  в жарких условиях, а также  у спортсменов, часто тренирующихся  в условиях рабочей гипертермии,  возникают специфические приспособительные (адаптивные) изменения в различных ситстемах, направленные на решение двух « взаимоисключающих» задач гомеостаза.

а) увеличение теплоотдачи, и

б) сохранение воды и солей в организме.

Эти две, казалось бы, противоречащие друг другу задачи, организм решает путем ряда адаптивных морфо-функциональных перестроек.

Для увеличения теплопотерь включаются механизмы:

1) усиливается потоотделение  путем:

а) снижения температурного порога потоотделения (потоотделение  начинается при более низкой температуре  кожи);

б) повышения скорости потоотделения;

в) более равномерного распределения потовых и сальных желез на коже, поэтому пот не стекает струйно, а распределяется капельно, что увеличивает площадь его испарения;

2) увеличивается кожный кровоток за счет усиления кожной капилляризации;

3) быстро перераспределяется  кровь в систему кожных сосудов;

4) кровоток приближается  к поверхности тела и более  эффективно распределяется по  поверхности тела;

5) снижается активности  желез внутренней секреции (в частности, надпочечников): уменьшается концентрация норадреналина и повышается выброс альдостерона, что снижает температуру тела как в покое, так и при мышечной деятельности.

5.Механизмы адаптации к холоду.

1. При кратковременном пребывании на холоде.

Основные механизмы адаптации к холоду направлены на снижение теплопотерь и усиление теплопродукции. При кратковременном пребывании на холоде происходит:

1) сужение кожных сосудов, переносящих тепло с кровью от кожи вглубь тела (кожная температура снижается). При этом кровоток через пальцы рук может снижаться в 100 раз, а теплоизолирующая способность «оболочки» тела возрастает в 6 раз, что уменьшает теплопотери;

2) усиление теплопродукции  за счет:

а) возникновения «холодовой дрожи» (непроизвольного сокращения мышечных волокон) при температуре воздуха ниже 22°С,

б) усиления метаболизма: на холоде в покое повышается скорость потребления кислорода за счет увеличения СВ (так, при температуре воздуха 5°С ПО2 и СВ у обнаженного человека увеличиваются в 2 раза). Следует  отметить, что увеличение СВ при холодовой экспозиции идет исключительно за счет роста СО, а ЧСС не изменяется.

2. Механизмы адаптации к холоду (при длительном проживании в холодных условиях)

 Холодовая адаптация направлена на снижение теплопотерь и усиление основного обмена. Для уменьшения теплопотерь на теле развивается выраженный термоизолирующий слой в виде утолщенной подкожной жировой клетчатки (например, у народов Севера, чукчей), сосуды которого имеют множественные артерио-венозные анастомозы. В связи с этим поверхность кожи более холодная, а тепло остается внутри температурного ядра тела- Теплопродукция усиливается путем интенсификации обмена веществ. Основной обмен повышается, благодаря эндокринным и внутриклеточным метаболическим перестройкам, усилению холодовой дрожи и, соответственно, мышечного тонуса.

У акклиматизированных  к холоду людей меньше выражено сужение  кожных сосудов на конечностях (т.е. там снижена холодовая вазоконстрикция). Это предотвращает холодовые  повреждения (отморожения) периферических частей тела и позволяет осуществлять координированные движения конечностями.

Тренированные люди лучше  переносят холодные условия, поскольку  физическая тренировка вызывает адаптивные изменения в организме, подобные холодовой акклиматизации.

6. Терморегуляция при плавании[7]

Температурный режим работы пловца значительно отличается от атлета в связи с большой теплоемкостью и теплопроводностью воды. Поскольку температура воды обычно ниже температуры тела, пловец работает в условиях значительных теплопотерь, которые усиливаются конвекцией (движением воды вдоль тела). Во время плавания в воде с температурой ниже 20°С около 95% всей энергопродукции превращается в тепло. В связи с этим различают следующие температурные режимы пребывания организма в воде:

1) комфортная (нейтральная) температура (33°С) - температура теплового баланса, т.е. в этом состоянии теплопотери равны теплопродукции. При этом поддерживается нормальная температура тела в покое без его термоизоляции;

2) критическая температура (от 22°С для полных до 32°С для худых) - самая низкая температура, при которой в условиях полного покоя может поддерживаться тепловой баланс;

3)рабочая температура (22-25°С) - при которой целесообразно проводить тренировки и соревнования- Она должна быть ниже комфортной температуры с учетом повышенной теплопродукции организма при физической нагрузке.

Адаптация организма к значительным теплопотерям в воде состоит в:

а) быстром сужении  периферических (кожных и мышечных) сосудов. При этом значительного развития достигают прекапиллярные сфинктеры периферического микроциркуляторного русла, обеспечивающие быстрый сброс крови через анастомозы в венулы; б) увеличении подкожного жирового слоя у людей, длительно подвергающихся холодовым перегрузкам. Эти два механизма приводят к усилению тканевой термоизоляции - снижению проведения тепла от ядра тела к коже. Тканевая изоляция прямо зависит от толщины подкожного жирового слоя : при температуре воды 16°С, худой нетренированный мужчина вынужден покинуть её  через 30 мин( температура тела снижается до 34,5°С, тогда когда полный спортсмен может плавать до 6 часов.

4.Заключение.

Человеческий организм обладает  терморегулирующим механизмом, который обеспечивает сохранение баланса между приходом и потерей тепла и помогает  ему приспосабливаться к изменениям погоды и климата. Это гипоталамус, расположенный рядом с гипофизом в задней части мозга, в том месте, где он соединяется с позвоночным столбом; гипоталамус успешно справляется со своей ролью термостата. Этот чувствительный тепловой центр бдительно охраняет соседний с ним гипофиз; мгновенно реагируя на тепло или холод, он посылает сигнал тревоги общей системе желез.

Охраняющая роль теплового  центра заключается в том, что он дает толчок ряду сложных, тесно связанных между собой процессов, которые обеспечивают нормальное функционирование организма.    Когда человек совершает активную мышечную работу или когда температура воздуха поднимается выше, чем обычно, кровеносные сосуды расширяются. В результате кровь  приливает к поверхности тела, повышается температура кожи и через конвекцию, теплопроводность и теплоизлучение увеличивается отдача тепла в окружающий

Воздух. Если температура  кожи будет продолжать увеличиваться, может быть достигнут такой предел, когда организм перестанет отдавать тепло путем теплоизлучения и теплопроводности, потому что температура окружающего воздуха выше температуры поверхности тела. На этой стадии вступают в действие потовые железы; в данном случае теплоотдача путем выделения пота становится основным и единственно возможным способом удаления избыточного тепла из организма. Если температура воздуха и окружающих предметов выше температуры тела и если воздух насыщен влагой, тепло не может уходить из тела через кожу, и температура тела начинает повышаться. Это может привести к тепловому истощению или тепловому удару. Холод вызывает в организме ряд реакций, противоположным реакциям на тепло.   Когда человек попадает из привычной для него зоны в зону более высокой или низкой температуры, то происходит акклиматизация. Организм адаптируется. Исследования показали, что наиболее благоприятные условия обеспечиваются при температуре 24 градуса, относительной влажности 55-60% и лёгкой вентиляции (при скорости движения воздуха 0,7-1 м/сек). Для более напряжённой физической работы температура помещения должна быть от 15 до 20ºС. Можно усилить вентиляцию, но скорость движения воздуха не должна превышать 7-10 м/сек. 

 Кроме процессов  терморегуляции в данном реферате  большое влияние уделено значению  климата для реабилитации на  санаторном этапе и для рекреации.  Климатотерапия является одним из направлений современной медицины. Климат влияет на жизнедеятельность человека, метаболические процессы, психическое и душевное состояние, может повышать сопротивляемость организма ко многим болезням. Рассматривая влияние внешней среды на организм человека, необходимо в первую очередь изучать тепловое состояние тела человека в данных условиях, поскольку климат влияет прежде всего на термический режим организма.

Список используемой литературы.

1.Слоним А.Д. Сигнальные факторы внешней среды и их значение для медицинской климатологии.-Гигиена и санитария,1953, №7,с.3-11.

2.Бычков В.П., Рамзаев П.В.Температура кожи и соотношение путей теплоотдачи- объективные критерии границы комфорта и перегревания.- Гигиена труда и профессиональные заболевания,1961,№12,с.3-7.

3.Витте Н.К. Тепловой обмен человека и его гигиеническое значение. Киев, Госмедиздат УССР,1956.148с.

4.ГреберГ., Эрк С.ГригулльУ. Основы учения о теплообмене. М., Изд-во иностр.лит. , 1958.566с.

5.МезерницкийП.Г. Климатофизиология.- В кн.: «Основы курортологии» Т.1.

6.Т.Н.Лиопо, Г.В.Циценко. Климатические условия и тепловое состояние человека. Гидрометеорологическое издательство. Ленинград,1971,150с.

7.МельниченкоЕ.В. Спортивная физиология. Методические указания. Севастополь СЭГИ,2005,140с.