Влияние температурных колебаний на организм. Нервная регуляция трофики тканей
Обновлено: 16.05.2024
Влияние на организм человека температурных колебаний
Среди множества абиотических факторов, влияющих на человека, значительную роль играет температура. На человека оказывает воздействие не только фактическая температура воздуха, но и ее среднесуточная изменчивость. Так, изменение среднесуточной температуры воздуха на 1—2 º С считается слабым, на 3—4 ºС — умеренным, более чем на 4 º С — резким.
При длительном и сильном воздействии низких температур изменяется обмен веществ, сужаются сосуды пальцев рук и ног, кожи лица, происходит местное и общее охлаждение организма (возможно даже обморожение), снижается работоспособность человека, возникают простудные заболевания.
При воздействии на организм высокой температуры понижается кровяное давление, изменяется химический состав крови, нарушается водно-солевой обмен организма, возможен тепловой удар. Высокая температура воздуха также неблагоприятно воздействует на функции органов пищеварения и вызывает у человека быструю утомляемость.
Восприятие температуры индивидуально и связано с физиологическими и психологическими особенностями человека.
От каких факторов зависит восприятие температуры? Установлено, что ветер и влажность могут усиливать ощущение температуры. При сильном ветре холодные дни кажутся еще холоднее. При повышенной влажности низкая температура воздуха кажется еще более низкой, а при пониженной влажности — наоборот.
Учитывая значительное влияние температуры на самочувствие человека, рассмотрим его адаптацию к этому важнейшему абиотическому фактору.
Адаптация человека к изменению температурных условий
С помощью реагирующих на изменение температуры рецепторов, расположенных в коже и слизистых оболочках (периферические терморецепторы), организм человека постоянно получает информацию о температуре объектов окружающей среды, контактирующих с телом. Одновременно терморецепторы внутри тела реагируют на изменения температуры внутренней среды. Здесь центральная роль принадлежит рецепторам, расположенным в гипоталамусе (центральные терморецепторы), которые способны реагировать на очень небольшие (около 0,01 ºС) колебания температуры тканевых жидкостей. Информация, получаемая от всех терморецепторов организма, анализируется в гипоталамусе, в результате чего и возникают рефлекторные ответы различных органов, что обеспечивает поддержание постоянства температуры тела.
В приспособительных (адаптационных) реакциях к температурным изменениям ключевую роль играют потовые железы, гладкие мышцы стенок артериол, скелетные мышцы, щитовидная железа, надпочечники (см. табл.)
Таблица. Приспособительные реакции к температурным изменениям
Орган
Приспособительные реакции
При повышении температуры кожи или крови гипоталамус посылает в потовые железы импульсы о необходимости активного выделения пота. На его испарение расходуется тепло с поверхности кожи
Гладкие мышцы стенок
артериол
При повышении температуры кожи и крови гипоталамус направляет сигналы в гладкие мышцы стенок артериол, которые снабжают кровью кожу, вызывая расширение просвета артериол. Вследствие этого кровоснабжение кожи усиливается. Кровь переносит тепло из глубины тела к поверхности кожи, где оно и рассеивается
В условиях низкой температуры воздуха терморецепторы кожи посылают сигналы в центр терморегуляции гипоталамуса, который стимулирует быстрый цикл непроизвольных сокращений и расслаблений скелетных мышц (дрожание), что приводит к выделению тепловой энергии
При понижении температуры усиливает выделение гормонов тироксина и трийодтиронина, ускоряющих обмен веществ и, следовательно, теплообразование
При температурных изменениях надпочечники выделяют в кровь гормоны адреналин и норадреналин. Вследствие этого сужаются сосуды кожи, изменяя уровень теплоотдачи
Профессиональную тепловую подготовку проводят в условиях высокой температуры (55—60 ºС) при низкой относительной влажности (20—25 %) в состоянии покоя с применением респиратора. На возникающее в этих условиях перегревание адаптированные к высокой температуре испытуемые реагируют без нарушения функций центральной нервной системы. Это важно для горноспасателей, пожарников и других людей подобных профессий, так как сохранение деятельности коры больших полушарий в условиях перегревания дает возможность работать в зонах с высокой температурой и спасать людей.
Кроме гипоталамуса, терморецепторы посылают сигналы в кору головного мозга. Это позволяет человеку сознательно воспринимать температурные изменения и адекватно на них реагировать.
При адаптации к высокой температуре нарушается водно-солевой обмен организма. Поэтому для восполнения потерь жидкости, минеральных веществ в условиях жаркого климата, в «горячих» цехах перед работой людям рекомендуется пить больше жидкости, в том числе ягодные морсы и солевые растворы.
Адаптация человека к температурным колебаниям в окружающей среде не только биологический, но и социальный процесс, который заключается в строительстве комфортного жилья, пошиве одежды, создании бытовых приборов.
Также адаптационные возможности организма к низким температурам повышаются путем закаливания. Его физиологической основой является выработка условного рефлекса на систематическое воздействие температурного фактора. При закаливании важно соблюдать следующие принципы: индивидуальность (подбор процедур под контролем врача), постепенность (поэтапное увеличение дозировки) и систематичность (многократное действие фактора).
Повторим главное. Физиологическая регуляция адаптационных процессов к изменению температурных условий контролируется гипоталамусом. В осуществлении адаптационных процессов ключевая роль принадлежит нервной системе, железам внутренней секреции, гладким и скелетным мышцам. Кроме физиологической адаптации, человеку свойственна и социальная адаптация.
Проверим знания
Ключевые вопросы
1. Каким образом температурные колебания влияют на здоровье человека?
2. Какой орган и как регулирует теплообмен в организме?
3. Охарактеризуйте роль желез внутренней секреции в температурных адаптационных механизмах.
Сложные вопросы
1. Почему при сильном ветре и повышенной влажности воздуха холодные дни кажутся холоднее, чем в действительности?
2. Возможна ли долговременная адаптация человека к неземным условиям и заселение людьми спутника нашей планеты Луны? Ответ обоснуйте.
Терморегуляция организма
Терморегуляция - это сложный физиологический процесс, который обеспечивает поддержание постоянной температуры тела 1 и внутренней среды организма на уровне, необходимом для нормальной жизнедеятельности 2 .
Механизмы терморегуляции
В процессе терморегуляции задействованы нервные и гуморальные (происходящие в жидких средах тела - крови, лимфе и т. д.) механизмы 2 . Колебания температуры окружающей среды распознают специальные терморецепторы 4 . Их существует два вида: тепловые и холодовые 4 . От терморецепторов сигнал по проводящим путям поступает в головной мозг и активирует в нем центр температурной регуляции, находящийся в области гипоталамуса 1,5 . Возбуждение разных отделов этого структурного образования приводит к изменению процессов теплообмена 1,5 . Центр терморегуляции в мозге можно «выключить» при помощи некоторых физических веществ. В этом случае тело человека утратит способность поддерживать постоянную температуру 1 .
За счет каких процессов осуществляется терморегуляция
Стабильность температуры тела и внутренней среды организма обеспечивается благодаря двум взаимно противоположным по своей сути процессам 2,5 .
- Теплопродукция. Это процесс выработки тепла человеческим телом, который зависит от интенсивности процесса обмена веществ (метаболизма) 2 . Если теплопродукция происходит слишком активно, возможно перегревание организма 2,6 .
- Теплоотдача. Тело человека может отдавать тепло в окружающую среду за счет трех механизмов: излучения (радиации), проведения (конвекции) и испарения пота 5 . При сильном повышении температуры окружающей среды охлаждение также осуществляется за счет испарения жидкости со слизистых оболочек верхних дыхательных путей (поэтому может ощущаться пересыхание в горле) 1,6, 7 . Незначительная часть тепла также выделяется из организма вместе с фекалиями и мочой 2 .
Информация в данной статье носит справочный характер и не заменяет профессиональной консультации врача. Для постановки диагноза и назначения лечения обратитесь к квалифицированному специалисту.
Влияние температурных колебаний на организм. Нервная регуляция трофики тканей
Одними из основных, т.е. неспецифических, факторов среды, влияющих на организм человека, следует считать климатические условия, только лишь количественно отличающиеся по своей интенсивности от аналогичных присутствующих в других регионах: температура, атмосферное давление воздуха (в т. ч. аэродинамический режим - резкие перепады атмосферного давления), высокая относительная влажность воздуха, скорость движения воздушных масс (постоянные, сильные ветры).
Известно [1, 3, 6, 9, 10, 12, 13], что воздействие чрезмерных по своей интенсивности или необычных факторов внешней среды приводит к снижению работоспособности, раннему проявлению ряда заболеваний и, как следствие, к снижению качества и продолжительности жизни. Отрицательное влияние на процесс адаптации организма человека, характеризующееся неадекватными реакциями со стороны регуляторных механизмов и приводящее к более раннему проявлению целого ряда заболеваний, оказывают низкая температура воздуха, высокое атмосферное давление, сильные геомагнитные и электромагнитные возмущения, недостаточное (или, наоборот, избыточное) ультрафиолетовое облучение, сильный ветер, высокая влажность воздуха. Кроме того, скорость изменения показателей вышеобозначенных факторов во времени (межсуточная и внутрисуточная изменчивость), вносит определяющий вклад в процессы напряжения механизмов адаптации организма человека [3, 6, 7].
Снижение температуры воздуха активизирует химические реакции теплообразования в организме. Однако высокая влажность воздуха в сочетании с низким температурным режимом окружающей среды существенно повышает плотность воздуха и, следовательно, повышает его теплопроводность. Как следствие, наступает переохлаждение (гипотермия). С охлаждением организм борется до тех пор, пока он способен восполнить интенсивно расходуемое тепло. Если организм образует тепла меньше, чем расходует, наступает общее переохлаждение, сопровождающееся ослаблением всех его жизненных функций.
При высокой температуре возникают противоположные защитно-приспособительные реакции. Длительное воздействие на организм высоких температур, особенно в сочетании с высокой влажностью воздуха, снижает эффективность теплопроведения окружающей среды, уменьшая тем самым конвекцию и испарение с поверхности тела, что приводит к длительному максимальному потоотделению. Вместе с потом теряется не только вода, но и минеральные соли. Потеря солей приводит к нарушению обменных процессов в клетках; эти нарушения частично компенсируются за счет повышения интенсивности обмена веществ и энергии, что, в свою очередь, требует большего количества кислорода для окислительных реакций. Поэтому развивается учащение дыхания, увеличивается нагрузка на сердечно-сосудистую систему. В результате выделяется дополнительное тепло, температура тела повышается, наступает перегрев организма - гипертермия.
Как переохлаждение, так и перегревание вредны для здоровья. Низкую и высокую температуру организм переносит по-разному в зависимости от насыщенности воздуха влагой. Так, при температуре 20˚С насыщенный влагой воздух, движущийся со скоростью 3 м/с, кажется таким же прохладным, как неподвижный воздух при температуре 14˚С. В нормально вентилируемом помещении человек чувствует себя хорошо при таких соотношениях между температурой и влажностью воздуха в пределах 20˚С и 80%, 25˚С и 60%, 30˚С и 44%, 35˚С и 33%. Согласно данным И.А.Сапова и В.С.Новикова [14], систолическое артериальное давление имеет тенденцию к повышению при понижении температуры воздуха и атмосферного давления, а также при увеличении влажности до 80-90%. Одновременно отмечается увеличение частоты и глубины дыхания (Л.Б.Ким, 1982).
В.Л.Хрущев [15] раскрывает характер изменений в функциональном состоянии сердечно-сосудистой системы в процессе адаптации человека к неблагоприятным климатическим условиям: некоторое урежение пульса, нарушение циркадного ритма сердечной деятельности, склонность к повышению уровня как систолического, так и диастолического артериального давления крови (АД); снижение систолического и минутного объемов сердца, большую реактивность, лабильность и длительность восстановительного периода основных показателей сердечно-сосудистой системы в ответ на дозированную физическую нагрузку.
В результате переохлаждения организма характерны заболевания ангиной, катаром верхних дыхательных путей, пневмонией и др. Увеличение теплоотдачи при дыхании в низких температурных условиях может достигать 15-20% [5]. Дыхание сухим холодным воздухом на фоне снижения общей резистентности организма способно привести к переохлаждению легких и бронхиолиту, а следовательно - к гипоксемии [2, 8].
Поскольку атмосферное давление у поверхности земли в целом постоянно и незначительно колеблется вокруг показателя 760 мм. рт. ст., то живущие на Земле организмы в процессе эволюции приспособились к этим колебаниям, и человек также незначительно реагирует на подобные колебания. Тем не менее, при существенном понижении атмосферного давления приобретает тенденцию к повышению уровень тревожности, появляются жалобы на головную боль, общую вялость, слабость, некоторое снижение настроения, бессонницу или сонливость, появление «необъяснимой тревоги» [11].
Согласно данным Центрального института курортологии и физиотерапии, резкое понижение атмосферного давления на 10-12 мм рт. ст. может вызывать сосудистые катастрофы. Существенное падение барометрического давления, приводящее к снижению парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе и, как следствие, к развитию гипоксемии, выражается в появлении головных болей и головокружении, повышенной утомляемости, одышке, тахикардии.
Заметное влияние на организм человека оказывает ветер. Слабый ветер вызывает на открытых участках тела едва уловимые сосудистые реакции: у тренированных людей сосуды расширяются, у нетренированных - суживаются. Многие люди ощущают недомогание при бурях, сильных фронтальных и горно-долинных ветрах, а также при фенах. Последние иногда достигают большой силы и сопровождаются резким повышением температуры воздуха и снижением его влажности. Фены вызывают у некоторых людей так называемую феновую болезнь: подавленное и раздражительное состояние, головокружение, увеличение частоты сердечных сокращений, угнетение работоспособности.
Таким образом, климатические условия оказывают существенное влияние на организм человека как целостную функциональную систему. Значительные и экстремальные отклонения метеорологических параметров от привычных значений способны повлечь за собой резкое угнетение адаптационных возможностей, нарушение регуляции функций систем жизнеобеспечения, снижение работоспособности, развитие разнообразных форм патологии. Особенно важное значение имеет дальнейшее исследование влияния климатических факторов среды на функциональное состояние и адаптацию организма в условиях возникновения чрезвычайных ситуаций стихийного и антропогенного характера, а также в спорте высших достижений.
Биология. 10 класс
§ 14. Адаптация человека к изменению температурных условий
Влияние на организм человека температурных колебаний
В процессе жизнедеятельности человек переносит физические, психические нагрузки, воздействия неблагоприятных факторов внешней среды, ухудшающие его адаптационные возможности, и отражающиеся, прежде всего, на состоянии регуляторных механизмов организма. Продолжительное или совпадающее по времени действия нескольких неблагоприятных факторов сопровождается снижением адаптационного потенциала организма. Высокие летние температуры оказывают негативное влияние на регуляторные системы организма человека. Повышенный тепловой режим летнего периода предшествует началу учебного года у школьников с его резко возрастающими умственными и физическими нагрузками. Высокий уровень совокупной нагрузки на фоне сниженной активности регуляторных систем организма приводит к ослаблению устойчивости организма школьников к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды.
1. Агаджанян Н.А., Баевский Р.М., Берсенева А.П. Проблемы адаптации и учение о здоровье. - М.: Изд-во РУДН, 2006. − 288 с.
2. Верхошанский Ю.В. Программирование и организация тренировочного процесса. - М.: Физическая культура и спорт, 1985. - 176 с.
3. Константинов Е.И., Афанасьева Р.Ф. Влияние тепловой нагрузки среды на функциональное состояние работников газовой промышленности на открытой территории в летний период года // Безопасность в техносфере. − 2014. − Т. 3. - № 5. − С. 11-16.
4. Лейфа А.В. Состояние здоровья и физической подготовленности студентов классического университета // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. − 2003. - №13. − С.42-45.
6. Солопов И.Н. Изменение параметров гемодинамики у спортсменов при предельных физических нагрузках в жарком климате с помощью эргогенических средств // Современные проблемы науки и образования. − 2014. - № 6. − С. 1386.
7. Ушаков И.Б., Штемберг А.С. Резистентность организма к экстремальным факторам: физиологические основы, регуляция, прогнозирование // Успехи физиологических наук. − 2011. − Т. 42. - № 3. − С. 26-45.
8. Федоткин А.Ю., Лобов А.Н., Волченкова О.В. Современный взгляд на состояние здоровья студентов и влияющие на него факторы // Физкультура в профилактике, лечении и реабилитации. - 2008. - №4(27). - С. 63-66.
9. Шклярук В.Я. Адаптация человека к отрицательным воздействиям окружающей среды // Вестник Тамбовского университета. Серия: Гуманитарные науки. − 2009. - № 7 (75). − С. 159-164.
10. Шептикина Т.С., Шептикин С.А.Направленность физических упражнений как предмет планирования в школьном физическом воспитании // Ученые записки университета им. П.Ф.Лесгафта. - 2014. - № 4 (110). - С. 190 - 194.
Проблема здоровья является центральной в сфере физической культуры и в значительной степени связана с характером адаптационных возможностей организма [1]. Роль двигательной активности в деле укрепления здоровья школьников признается практически безоговорочно. Однако Н.А. Агаджанян подчеркивает, что даже при нормальных качественных показателях организм может быть чрезвычайно уязвимым, а значит, не абсолютно здоровым [1]. Именно это обстоятельство определяет сложность решения данной задачи: в последние годы многие исследователи стали отмечать, что среди заболевших в одинаковой степени встречаются люди как с низким, так и с высоким уровнем физической подготовленности [4, 8].
В процессе жизнедеятельности организм человека испытывает различные воздействия, связанные с учебной или профессиональной деятельностью, переносит различного уровня физические нагрузки. Характер возникающих адаптивных реакций определяется индивидуальными особенностями организма и исходным функциональным состоянием, а также особенностями факторов, действующих на организм, их природой, силой и продолжительностью воздействия. При этом повышается напряжение функционирования различных систем организма, включая регуляторные механизмы [1, 7, 10].
Одной из важнейших характеристик адаптационных возможностей организма является продолжительность сохранения устойчивости работы его систем, прежде всего регуляторных, к воздействию возмущающих факторов [2]. Чрезмерная продолжительность воздействия какого-либо фактора приводит к срыву процессов адаптации, развитию неблагоприятных состояний для функционирования организма. К числу таких длительно воздействующих условий в южных регионах России в полной мере можно отнести высокие летние температуры, предъявляющих повышенные требования не только к системе терморегуляции, но и ко всему комплексу регуляторных механизмов организма школьников [3, 5, 6, 9]. В данной проблеме важен ее педагогический аспект, заключающийся в управлении параметрами нагрузок, применяемых в школьном физическом воспитании [10] для уменьшения силы воздействия на функциональное состояние организма и повышению степени его устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды.
Целью работы явилось изучение влияния температурных режимов внешней среды в летний период на состояние регуляторных механизмов и степень устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды.
Материалы и методы исследования
Была изучена динамика температуры в Волгограде по данным Гидрометцентра. У участников исследования (лиц различного возраста) оценивали показатели вариабельности сердечного ритма (ВСР). Исследования проводились в нескольких направлениях. В рамках первого из них в июне - сентябре 2012 года у одного из участников исследований ежедневно регистрировали показатели ВСР. Во втором направлении у детей школьного возраста изучали динамику показателей ВСР. В третьем направлении оценивали итоги действия высоких летних температур на изменения параметров ВСР у детей дошкольного возраста.
Результаты исследований и их обсуждение
Проведенный анализ многолетнего температурного режима в летние месяцы в г. Волгограде (рис. 1 А, Б) показал наличие тренда повышения летних температур.
Рис. 1. Многолетняя динамика среднемесячной температуры летних месяцев (А) и многолетняя динамика средней температуры по месяцам лета (Б)
Для уточнения предварительных данных был проведен анализ температурного фона в летние месяцы (рис. 2).
Рис. 2. Динамика среднемесячной температуры в июне-сентябре в разное время суток. Примечание: 1- июнь; 2 - июль; 3 - август; 4 - сентябрь (2012)
Действие такого значительного фактора не могло не сказываться на степени напряжения работы регуляторных механизмов, состоянии неспецифической резистентности организма. Это подтвердил характер изменения показателей ВСР обследованного участника (в рамках первого направления) за изучаемый период (рис. 3).
Читайте также: