Экологическая ф.ч. Конспект лекций. Конспект лекций Донецк 2016
 Скачать 1.94 Mb.
|
|
передача тепла от животного организма на предме- ты, с которыми он взаимодействует; теплоотдача проведением возможна только в том случае, если тем- пература кожи выше температуры объектов, с ко- торыми контактирует организм отдача тепла при испарении жидкости с какой-то по- верхности связана с поглощением испаряющейся жидкостью большого количества тепла и, как след- ствие, охлаждением этой поверхности. Так, при испа- рении 1 л воды с поверхности кожи испаряющаяся жидкость поглощает 2400 кДж (или 580 ккал) тепловой энергии и испаряющий участок кожи соответственно охлаждается. Путем испарения 1 л воды организм че- ловека может отдать треть всего тепла, выработанного за целый день в состоянии относительного покоя 134 ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛООТДАЧИ ЧЕЛОВЕКОМ Влияние непосредственного окружения на ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛООТДАЧИ человеком определяется, по крайней мере, четырь- мя физическими факторами температурой воздуха, определяющей возможность и интенсивность кон- векции и теплопроведения, а также эффективность радиационной теплоотда- чи влажностью воздуха (давлением водяных паров в воздухе), влияющей на эффективность теплоотдачи испарением скоростью движения воздуха (скоростью ветра), во многом определяющей теплоотдачу путем конвекции температурой внешнего коротковолнового инфракрасного излучения (от солнца или электрообогревателей), от величины которого будет зависеть про- исходит ли нагревание поверхности тела организма или нет (поглощение из- лучаемого искусственными источниками тепла возможно лишь тогда, когда температура искусственного излучения превышает температуру кожи), а, сле- довательно, и эффективность теплоотдачи путем радиации, конвекции и теп- лопроведения Теплоотдача путем РАДИАЦИИ, ТЕПЛОПРОВЕДЕНИЯ и КОНВЕКЦИИ при некоторой разности темпе- ратур кожи и окружающей сре- ды (в частности, температура кожи должна быть несколько выше температуры окружающей среды) эффективна только зависит от степени кровоснабже- ния кожи, определяемой тонусом кожных артериол теплоизолирующих свойств одежды неэффективна в случае если температура среды выше темпе- ратуры кожи 135 СПОСОБЫ ТЕПЛОПРОДУКЦИИ ГОМОЙОТЕРМНОГО ЖИВОТНОГО ОРГАНИЗМА ТЕПЛОПРОДУКЦИЯ Сокращения скелетных мышц (СОКРАТИТЕЛЬНЫЙ ТЕРМОГЕНЕЗ) Интенсификации обмен- ных процессов в перифе- рических органах (НЕСОКРАТИТЕЛЬНЫЙ ТЕРМОГЕНЕЗ) осуществляется путем НЕПРОИЗВОЛЬНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ может осуществляется путем ТЕРМОРЕГУЛЯЦИОННЫЙ ТОНУС Асинхронно активируются мед- ленные двигательные единицы скелетных мышц шеи, туловища и сгибатели конечностей, в ре- зультате чего видимого сокра- щения не происходит, а возни- кает подобие тонического на- пряжения мышцы. Сокраще-ние двигательных единиц при этом осуществляется по типу низко- частотного зубчатого тета- нуса (частота сокращений нахо- дится в пределах 4-16 в 1 с), близкого к режиму одиночных сокращений ХОЛОДОВАЯ ДРОЖЬ или ОЗНОБ Возникает при резком ох- лаждении, когда начина-ет падать температура ядра тела, характеризуется пери- одической активацией в скелетных мышцах высо- копороговых быстрых двигательных единиц на фоне имеющегося термо- регуляционного тонуса, проявляется в виде беспо- рядочного непроиз-вольного сокращения мышц ПРОИЗВОЛЬНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ НАИБОЛЬШИЙ ВКЛАД в несокра- тительный термо- генез вносят органы с высоким уровнем обмена веществ (т.н. калоригенно актив- ные органы): печень сердце бурая жировая ткань (локализо- ванная у взросло- го человека в межлопаточной и подмышечной области) почки скелетная муску- латура небольшая двигательная ак- тивность ведет к увеличению теплообразо-вания на 50- 80%, а тяжелая мышечная работа – на 400-500%. может повысить теплопродук- цию у человека на 40-55% даже произвольная имитация дрожи увеличи- вает теплообразование на 200%, а непроиз- вольная холодовая дрожь – в 2-3 раза (на ко- роткое время уровень теплопродукции при дрожи может повыситься в 4-5 раз по сравне- нию с покоем) 136 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ ЧЕЛОВЕКА ТЕРМОРЕГУЛЯТОРНЫЙ ЦЕНТР локализован в ГИПОТАЛАМУСЕ и представлен ДВУМЯ ГРУППАМИ ЯДЕР: ядра переднего гипоталамуса (центр теплоотдачи или физической термо- регуляции) ядра заднего гипоталамуса (центр теплопродукции или химической термо- регуляции) ТЕРМОРЕЦЕПТОРОВ получает афферентную информацию от ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ ТЕРМОРЕЦЕПТОРЫ терморецепторы кожи, в том числе кожных и подкожных сосудов, вос- принимающие изменение ее темпера- туры терморецепторы центральных и пе- риферических сосудов, восприни- мающие изменение температуры кро- ви, в них протекающей терморецепторы самих внутренних органов, воспринимающие изменение температуры в них ЦЕНТРАЛЬНЫЕ ТЕРМОРЕЦЕПТОРЫ представляют собой специализиро- ванные нейроны-термосенсоры, локализованные в самой цен- тральной нервной системе на раз- личных ее уровнях (в спинном моз- ге, в ретикулярной формации сред- него мозга и гипоталамусе). Адек- ватными раздражителями для этих термосенсоров является тем- пература крови, притекающей к головному и спинному мозгу в зависимости от их положения в организ- ме классифицируют на две группы: в зависимости от того, в каком диапазоне температур проявляют максимум актив- ности терморецепторы, их классифицируют на две основные группы: ХОЛОДОВЫЕ (проявляют максимум активности при температуре 20-30 С), при резком охлаждении частота им- пульсации в них возрастает, а при быстром согревании урежается или прекращается ТЕПЛОВЫЕ (проявляют максимум активности при температуре 38-43 С), реагируют на пе- регревание резким увеличением своей им- пульсации, а на переохлаждение – ослаб- лением или прекращением в коже имеются и специальные ПОЛИМОДАЛЬНЫЕ НОЦИЦЕПТОРЫ (нечто среднее между болевыми и температурными рецепторами), возбуждающиеся при температуре свыше 45 С, и обуславливающие формирование ощущения жжения (т.н. горячевые терморецепторы) 137 РЕАКЦИИ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ ГОМОЙОТЕРМНОГО ОРГАНИЗМА НА ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЕ И ПЕРЕГРЕВАНИЕ ОХЛАЖДЕНИЕ организма Активация СИМПАТИЧЕСКОГО ОТДЕЛА ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ, определенных МОТОРНЫХ СОМАТИЧЕСКИХ ЦЕНТРОВ ствола мозга и спинного мозга, а также ВЫБРОС КАТЕХОЛАМИНОВ мозго- вым веществом надпочечниковв кровоток ПОВЫШЕНИЕМ УРОВНЯ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ в орга- низме (т.е. усилением несократительного термогенеза), ЗАПУСКОМ таких процессов как ТЕРМОТОНУС и ХОЛОДОВАЯ ДРОЖЬ, а также УВЕЛИЧЕНИЕМ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ (т.е. активацией сократительного термогенеза) что сопровождается У большинства гомойотермных животных действие холода на организм сопро- вождается и УВЕЛИЧЕНИЕМ СЕКРЕЦИИ ТИРЕОИДНЫХ ГОРМОНОВ щитовидной железой, которые, подобно катехоламинам, ПОВЫШАЮТ УРОВЕНЬ НЕСОКРАТИТЕЛЬНОГО ТЕРМОГЕНЕЗА У взрослого человека, подвергающегося первоначальному холодовому воздей- ствию, такой механизм изменения секреторной активности щитовидной железы не реализуется. Вместе с тем долговременная адаптация человека к холоду, как правило, сопровождается участием повышенного уровня гормонов щитовидной железы в поддержании постоянства температуры тела. ПЕРЕГРЕВАНИЕ организма угнетение активности симпатоадреналовой системы и, как следствие, по- нижение уровня обменных процессов в организме, а также снижение двига- тельной активности (более того, человек может принять позу распластыва- ния с той целью, чтобы, с одной стороны, минимизировать теплопродукцию, а с другой – увеличить площадь поверхности активной теплоотдачи в окру- жающую среду) расширение сосудов кожи (вследствие устранения сосудосуживающего дей- ствия симпатоадреналовой системы) и увеличение кровотока через них, что увеличивает возможность теплоотдачи конвекцией, радиацией и теплопро- ведением усиление активности потовых желез (в результате активации специальных симпатических холинергических нейронов, иннервирующих потовые желе- зы), что будет способствовать увеличению интенсивности теплоотдачи ис- парением 138 ТИПЫ АДАПТИВНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОРГАНИЗМА К ТЕМПЕРАТУРНОЙ СРЕДЕ ОБЩИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, связанные с функциональным состоянием терморегуляторной и сердечно-сосудистой систем, а также уровнем обменных процессов в организме. Такие приспо- собления могут быть как кратковременными (результат срочной адаптации к температурному фактору), так и длительными (результат долговременной адаптации связанной с определенными морфологическими изменениями в органах, имеющих отношение к терморегуляции) СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ и АНАТОМИЧЕСКИЕ АДАПТИВНЫЕ РЕАКЦИИ, которые являются ге- нотипически детерминированными КУЛЬТУРНЫЕ и СОЦИАЛЬНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, связанные с обеспечением человека жильем, одеждой, теплом, системой вентиляции 139 ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА НА ДЕЙСТВИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Действие ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ окружающей среды на человека (свыше 32 С – температуры комфорта для легко одетого человека) или повыше- ние температуры тела за счет тяжелой мышечной работы ВОЗБУЖДЕНИЕ периферических или центральных терморецепторов ЗАПУСК комплекса КРАТКОСРОЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ, направленных на увеличение теплоотдачи РАСШИРЕНИЕ кожных сосудов УСИЛЕНИЕ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ с целью увеличения минутного объема кровотока и более эффективной перфу- зии кожных покро- вов ПОВЫШЕНИЕ эффективности отдачи тепла в окружающую среду путем ТЕПЛОИЗЛУЧЕНИЯ, ТЕПЛОПРОВЕДЕНИЯ и КОНВЕКЦИИ УВЕЛИЧЕНИЕ частоты и отчасти силы сердечных сокращений УВЕЛИЧЕНИЕ минутного объема кровотока некоторое ПОВЫШЕНИЕ артериального давления Увеличение притока крови к коже, которое сопровождается некоторым ее НАГРЕВАНИЕМ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОЕ (не менее 10 дней) ПРЕБЫВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА некоторая ГИПЕРТРОФИЯ ПОТОВЫХ ЖЕЛЕЗ ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ потовых желез к измене- нию температуры кожи, в результате чего они начи- нают активироваться при более низких температурах кожи, чем у не акклимати- зированных к теплу людей УВЕЛИЧЕНИЕ ОБЪЕМА ПЛАЗМЫ и СОДЕРЖАНИЯ В НЕЙ БЕЛКОВ, что уменьшает вероят- ность резкого сниже- ния объема циркули- рующей крови при сильной тепловой на- грузке ДОЛГОВРЕМЕННАЯ АДАПТАЦИЯ к высокой температуре окружающей среды нормализация нормализация Качественные изменения секретируемого пота, в ча- стности, уменьшение со- держания в нем ионов, бла- годаря чему уменьшается вероятность шока вследст- вие потери ионов 140 ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА НА ДЕЙСТВИЕ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Пребывание человека в условиях НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР окружающей среды первоначальное некоторое ОХЛАЖДЕНИЕ КОЖИ возбуждение холодовых терморецепторов кожи включение комплекса КРАТКОСРОЧНЫХ АДАПТАЦИОННЫХ РЕАКЦИЙ, направленных на УВЕЛИЧЕНИЕ ТЕПЛОПРОДУКЦИИ и МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНОЕ УМЕНЬШЕНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ УВЕЛИЧЕНИЮ ТЕПЛОПРОДУКЦИИ способствуют: ПОВЫШЕНИЕ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ЧЕЛОВЕКА как за счет произвольной двигательной актив- ности, так и по причине непроизвольно- го возникновения терморегуляционного тонуса и дрожи (начинается в мышцах шеи и головы с той целью, чтобы, в пер- вую очередь, нормализовать температу- ру крови, поступающей к головному мозгу) УСИЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА В ОРГАНИЗМЕ (запускает- ся катехоламинами, глюкокортикоидами и отчасти тиреоидными гормонами, сек- реция которых при охлаждении повы- шается) ОГРАНИЧЕНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ организмом че- ловека в условиях действия холода преимущественно осуществляется: путем РЕЗКОГО СУЖЕНИЯ СОСУДОВ КОЖИ и ОТКРЫТИЯ БОЛЬШЕЙ ЧАСТИ АРТЕРИО-ВЕНОЗНЫХ АНАСТОМОЗОВ, в результате чего ток крови через кожу умень- шается (как следствие этого, кожа бледнеет) и ускоряется (кровь те- чет, минуя капилляры) Уменьшение кровотока через кожу продолжается не беспредельно: примерно через 5 минут оно сменяется увеличением кровотока (и как следствие, покраснением кожи – реакция Льюиса, которая может спо- собствовать повышению температуры кожи на 7-10 С), после чего эти реакции (побледнение и покраснение кожи) начинают сменять друг друга. Отмеченное чередование изменения интенсивности кожного кровотока в условиях холода препятствует резкому уменьшению кровоснабжения кожи и развитию отморожений 141 СУЩНОСТЬ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМА НА ДЕЙСТВИЕ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОЕ ПРЕБЫВАНИЕ людей в условиях низких температур окружающей среды употребление с пищей бóльшего количества жи- ров УВЕЛИЧЕНИЕ СОБСТВЕННЫХ ПОДКОЖНЫХ ЖИРОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ и, как следст- вие, теплоизолирующих свойств кожи ПОВЫШЕНИЕ секреции катехо- ламинов и тиреоидных гор- монов УСКОРЕНИЕ ОБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ВОЗМОЖНАЯ НЕКОТОРАЯ ГИПЕРТРОФИЯ ряда скелетных мышц УВЕЛИЧЕНИЕ СОКРАТИТЕЛЬНОГО ТЕРМОГЕНЕЗА Так, например, у индейцев племени алакалуф (острова Западной Патагонии) и эскимосов, подвергающихся воздействию холодно- го воздуха дождя и снега, ИНТЕНСИВНОСТЬ ОСНОВНОГО ОБМЕНА НА 25-50% ВЫШЕ НОРМЫ 142 СУЩНОСТЬ АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА ПРИ ЧАСТОМ, НО НЕПРОДОЛЖИТЕЛЬНОМ, ДЕЙСТВИИ ХОЛОДА В случае ЧАСТОГО, но НЕПРОДОЛЖИТЕЛЬНОГО, ДЕЙСТВИЯ ХОЛОДА на организм развивается ТОЛЕРАНТНАЯ холодовая адаптация которая проявляется в СМЕЩЕНИИ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОРОГА ДРОЖИ и МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ТЕРМОРЕГУЛЯТОРНЫХ РЕАКЦИЙ в сторону БОЛЕЕ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР у таких людей на холоде может даже возникнуть УМЕРЕННАЯ ГИПОТЕРМИЯ, не сопровождающаяся возникновением субъективного дис- комфорта вследствие чего Так, например, аборигены центральной Австралии (которые живут в условиях резкого колебания суточных температур: ночные температуры могут достигать от -2 до -10 С, а дневные даже в зимнее время – +30-35 С) могут провести це- лую ночь почти раздетыми (укрывшись только покрывалами) при темпе- ратуре воздуха, близкой к нулю, и при этом не испытывать дрожи. Подобная ТОЛЕРАНТНАЯ ХОЛОДОВАЯ АДАПТАЦИЯ развивается у не- которых корейских и японских женщин – искательниц жемчуга, ныряющих на глубину (температура воды около 10 С) и проводящих там по несколько часов в день. Некоторыми специалистами в исследованиях на людях установлено, что сдвиг температурного порога дрожи в более низкую сторону может произойти В ТЕЧЕНИЕ ВСЕГО ЛИШЬ НЕСКОЛЬКИХ ДНЕЙ, если подвергать людей холодовому стрессу продолжительностью от 30 до 60 минут. |