Учебное пособие для студентов всех форм обучения Донецк 2018 ббк 28. 903 я 73 удк 612 (075) д 30
 Скачать 0.95 Mb.
|
В зависимости от активности организма и воздействий на него факторов внешней среды различают три уровня энергетического обмена:
Основной обмен. Основным обменом называется количество энергии, которое тратит организм при полном мышечном покое. У взрослого человека он в среднем равен 1 ккал на 1 кг массы тела в 1 час.Энергозатраты в условиях основного обмена связаны с поддержанием минимального уровня окислительных процессов; с деятельностью постоянно работающих органов и систем - дыхательной мускулатуры, сердца, почек, печени, а также с поддержанием мышечного тонуса. Освобождение в ходе всех этих процессов тепловой энергии обеспечивает поддержание температуры тела на постоянном уровне. Для мужчины среднего возраста (35 лет), среднего роста (165 см) и со средней массой тела (70 кг) основной обмен равен 1 ккал на 1 кг массы тела в час или 1700 ккал в сутки. У женщин той же массы он приблизительно на 10 % ниже. Интенсивность основного обмена у детей значительно выше, чем у взрослых. Величина основного обмена человека в возрасте 20-40 лет сохраняется на довольно постоянном уровне. В пожилом возрасте основной обмен снижается. Энергозатраты в состоянии относительного покоя превышает величину основного обмена. Это обусловлено влиянием на энергообмен процессов пищеварения, терморегуляцией вне зоны комфорта и тратами энергии на поддержание позы тела человека.Энергозатраты при различных видах труда определяется характером деятельности человека. Мышечная работа значительно увеличивает расход энергии. На механическую работу тратится не вся освобождающаяся в организме энергия. Большая ее часть превращается в тепло. То количество энергии, которое идет на выполнение работы, называется коэффициентом полезного действия (КПД). У человека КПД не превышает 20-25 %. КПД при мышечной деятельности зависит от мощности, структуры и темпа движений, от количества вовлекаемых в работу мышц и степени тренированности человека. После приема пищи интенсивность обмена и энерготраты организма увеличиваются по сравнению с уровнем основного обмена. Увеличение обмена веществ и энергии начинается через час, достигает максимума через 3 ч. после еды и сохраняется в течение нескольких часов. Таблица Величина энергозатрат в зависимости от интенсивности труда
Регуляция обмена энергииПотребление кислорода и величина энергообмена изменяется условнорефлекторно. У спортсмена в предстартовом состоянии увеличивается потребление кислорода и, следовательно, энергообмен. То же происходит во время прихода на работу и присутствие факторов рабочей обстановки у рабочих, деятельность которых связана с мышечными усилиями. Особую роль в регуляции обмена энергии играет гипоталамус и вегетативная нервная система. Особенно усиливают обмен энергии гормоны щитовидной железы – тироксин и гормон мозгового вещества надпочечников адреналин. тема 15 ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ 1. Изотермия и терморегуляция. Температурное ядро и оболочка человека Температура тела теплокровных (гомойотермных) животных при изменениях температуры внешней среды поддерживается на определенном уровне, наиболее выгодном для жизнедеятельности организма, в отличие от холоднокровных (пойкилотермных), когда температура живого существа изменяется с изменением температуры окружающей среды. Поддержание теплового баланса теплокровных существ осуществляется благодаря строгой соразмерности в образовании (теплопродукции) и отдаче (теплоотдаче) тепла. Это постоянство температуры тела называется изотермией. Изотермия имеет большое значение для метаболических процессов. Ферменты и гормоны обладают наибольшей активностью при температуре 35 – 400С. Постоянство температуры поддерживается специальным процессом – терморегуляцией, сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма Для человека снижение температуры тела ниже 250С и ее увеличение выше 430С, как правило, смертельно, особенно чувствительны к изменениям температуры нервные клетки. Температура тела зависит от двух факторов: интенсивности образования тепла (теплопродукции) и величины потерь тепла (теплоотдачи). Несмотря на постоянство температуры внутренней среды организма, температура тела человека в разных областях может быть различна. В организме различают условные две части: наружную – «оболочку» и внутреннюю – «ядро». «Ядро» включает спинной и головной мозг, органы грудной и брюшной полости и малого таза. Их температура практически всегда постоянна и почти не зависит от температуры внешней среды. «Оболочка» включает органы и ткани, расположенные на периферии тела. К ним относятся кожа и скелетная мускулатура до глубины 3 см. Температура оболочки непостоянна и зависит от температуры среды. В обычных условиях оболочка составляет приблизительно 25-30% массы тела. Но ее объем непостоянен. При понижении температуры внешней среды объем оболочки увеличивается, за счет кровенаполнения сосудов оболочки, а при повышении – уменьшается. Это служит важным механизмом сохранения температуры ядра. У человека средняя температура мозга, крови и внутренних органов приближается к 370С. Физиологический предел колебаний этой температуры составляет 1,50. Изменение температуры крови и внутренних органов человека на 2 - 2,50 от среднего уровня сопровождается нарушением физиологических функций, а температура тела выше 430С практически несовместима с жизнью человека. Принципиальное различие между ядром и оболочкой заключается в характере реакций на изменение температуры внешней среды. Ядро реагирует по способу «противодействия»: на охлаждение – увеличением кровоснабжения и теплообразования, а на нагревание – уменьшением кровоснабжения и теплообразования. Оболочка реагирует по способу пассивного «приспособления»: на нагревание – усилением кровоснабжения нагреваемых органов, а на охлаждение – уменьшением кровоснабжения охлаждаемых участков. О температуре тела человека судят обычно на основании ее измерения в подмышечной впадине. Температура здорового человека равна 36,5-36,90С. Этот диапазон температур наиболее благоприятен для протекания всех химических реакций, для деятельности головного мозга и всего организма. Разные участки поверхности кожи имеют неодинаковую температуру. Обычно относительно выше температура кожи туловища и головы (33-340С). Температура рук и ног ниже. Разница температур на туловище и конечностях иногда составляет до 100С и больше. Наиболее высокая температура кожи в области шеи, а самая низкая – на пальцах рук и ног. Температура внешней среды, при которой человек не испытывает ощущений ни холода, ни тепла, называется термонейтральной зоной среды. Для человека в легкой одежде в покое термонейтральной является температура воздуха 19 – 220С, а для обнаженного 28 – 310С. Нейтральная температура воды – 350С. Температура тела не остается постоянной, а колеблется в течение суток в пределах 0,5-0,70С. Покой и сон понижают, а мышечная активность повышает температуру тела. Максимальная температура наблюдается в 16-18 ч. вечера, минимальная – в 3-4 ч. утра. У работающих в ночную смену колебания температуры могут быть обратными. 2. Механизмы теплообразования Температура органов и тканей, как и всего организма в целом, зависит от интенсивности образования тепла и величины теплоотдачи. Теплообразование в организме происходит двумя основными способами: при расщеплении питательных веществ и при мышечной активности. Расщепление питательных веществ. Тепло образуется за счет окисления белков, углеводов и жиров. После приема пищи образование тепла в организме увеличивается на 20-30%, при этом происходит повышение температуры кожи тела. При понижении температуры окружающей среды увеличивается интенсивность процесса окисления белков, жиров и углеводов. В большей степени усиливается процесс образования тепла во время пребывания в холодной воде, поскольку в воде тело охлаждается в 14 раз сильнее, чем на холодном воздухе. Мышечная активность. Мышечная активность включает: напряжение мышц, мышечную работу, холодовую дрожь. Напряжение мышц. Даже если человек лежит неподвижно, но с напряженной мускулатурой, интенсивность окислительных процессов, а вместе с тем и теплообразование, повышаются на 10%. Мышечная работа. Наибольшее количество тепла образуется при сокращении мышц. Относительно небольшая двигательная активность увеличивает процесс теплообразования в 2 раза. Тяжелая мышечная работа увеличивает процесс образования тепла в 4-5 раз. Холодовая дрожь. Холодовая дрожь возникает в условиях пониженной температуры. Охлаждение поверхности тела возбуждает терморецепторы и рефлекторно вызывают беспорядочные непроизвольные сокращения мышц, проявляющиеся в виде дрожи (озноб). Теплообразование при этом увеличивается в 2-4 раза. Холодовая мышечная дрожь – наиболее эффективный физиологический механизм усиления теплообразования, поскольку при ней вся энергия мышечного сокращения превращается в тепло, так как никакой внешней механической работы мышцы не производят. При температуре воздуха от 15 до 250С теплообразование в организме человека находится на относительно постоянном уровне. При температуре ниже 150С теплообразование увеличивается, а при температуре воздуха выше 250С – уменьшается. Это обеспечивает поддержание постоянной температуры тела. Теплообразование происходит и во внутренних органах – печени, почках, сердце, легких, кишечнике. Особенно интенсивно тепло образуется в печени и почках. 3. Механизм теплоотдачи Потеря тепла органами и тканями зависит в большей степени от их месторасположения: поверхностно расположенные органы – кожа и скелетные мышцы – отдают больше тепла и охлаждаются сильнее, чем внутренние органы, более защищенные от охлаждения. Теплоотдача возможна тремя способами: путем теплоизлучения, теплопроведения и испарения воды. Теплоизлучение – это прямая передача тепла перемещающимся частицам воздуха или воды. Теплоизлучением теряется примерно 50-55 % тепла в окружающую среду. Отдача тепла излучением прекращается, если температура воздуха и температура кожи становится одинаковой. Теплопроведение – это прямая передача тепла веществам, телу или предметам, непосредственно соприкасающимся с поверхностью тела. Путем теплопроведения человек теряет 15-20 % тепла. Испарение воды - это способ рассеивания организмом тепла (около 30%) в окружающую среду за счет затрат на испарение пота или влаги с поверхности кожи и слизистых верхних дыхательных путей. Участие каждого из этих способов в общей теплоотдаче зависит от конкретных условий окружающей среды и вида деятельности. У человека в обычных условиях потеря тепла путем теплопроведения имеет небольшое значение, так как воздух и одежда являются плохими проводниками тепла. Одежда уменьшает теплоотдачу. Потере тепла препятствует тот слой неподвижного воздуха, который находится между одеждой и кожей. Теплоизолирующие свойства одежды тем выше, чем мельче ячеистость ее структуры, содержащая воздух. Этим объясняются хорошие теплоизолирующие свойства шерстяной и меховой одежды. Температура воздуха под одеждой достигает 300С. Наоборот, обнаженное тело теряет тепло, так как воздух на его поверхности все время сменяется. Поэтому температура кожи обнаженных частей тела намного ниже, чем одетых. В значительной степени препятствует теплоотдаче слой подкожной основы (жировой клетчатки) вследствие малой теплопроводности жира. При увеличении теплообразования в результате мышечной работы теплоотдача возрастает путем испарения. Большое значение приобретает механизм испарения и при высокой температуре окружающей среды. В летние месяцы температура окружающей среды равна или больше температуры тела человека. В таких условиях теплоотдача путем теплоизлучения и теплопроведения становится невозможной. Особенно интенсивно потоотделение происходит при высокой температуре окружающей среды во время мышечной работы, когда в организме увеличивается теплообразование. Испарение воды зависит от относительной влажности воздуха. В насыщенном водяными парами воздухе вода испаряться не может. Поэтому при высокой влажности атмосферного воздуха высокая температура переносится тяжелее, чем при низкой влажности. В насыщенном водяными парами воздухе пот выделяется в большом количестве, но не испаряется и стекает с поверхности кожи. Такое потоотделение не способствует отдаче тепла, поскольку только та часть пота, которая испаряется с поверхности кожи, имеет значение для теплоотдачи. В совершенно сухом воздухе человек может находиться без заметного перегревания в течение 2-3 ч. при температуре 50-550С. В поддержании температуры тела принимает участие процесс дыхания, так как некоторая часть воды испаряется легкими в виде паров. При высокой окружающей температуре дыхательный центр рефлекторно возбуждается, при низкой температуре – угнетается, и дыхание становится глубоким. 4. Регуляция изотермии Регуляция теплообмена обеспечивает баланс между количеством продуцируемого в единицу времени тепла и количеством тепла, рассеиваемого организмом за то же время в окружающую среду. Восприятие и анализ температуры окружающей среды осуществляется с помощью терморецепторов. Терморецепторы имеются в коже, слизистой оболочке языка, мышцах, сосудах, во внутренних органах, дыхательных путях, спинном и среднем мозге. Одни реагируют на холод (холодовые рецепторы), другие — на тепло (тепловые рецепторы). Терморецепторы воспринимают колебания температуры тканей, в которых они расположены, и передают информацию о направленности и величине изменения температуры в центры терморегуляции, которые расположены в спинном мозге, среднем мозге и в гипоталамусе. В гипоталамусе расположены основные центры терморегуляции – центры теплообразования и теплоотдачи. Передняя часть гипоталамуса – это центр регуляции теплоотдачи, ее стимуляция усиливает отдачу тепла телом. Она связана с парасимпатическим отделом вегетативной нервной системы и ее раздражение вызывает снижение тонуса сосудов, расширение сосудов кожи, потоотделение, учащение дыхания, повышение температуры кожи, усиления теплоотдачи. Задняя часть гипоталамуса – центр регуляции теплообразования, ее возбуждение усиливает образование тепла в организме и связана с симпатическим отделом вегетативной нервной системы. При снижении температуры тела возбуждение данной части вызывает сужение сосудов кожи, холодовую дрожь, уменьшение температуры кожи, уменьшение теплоотдачи и увеличение теплообразования и повышение температуры «ядра». Регуляция теплообразования происходит и гормональным путем. Холод увеличивает образования тиреотропного гормона гипофиза, который усиливает образования тироксина щитовидной железы и в результате в организме усиливается обмен веществ и образование тепла. Гормон надпочечников адреналин повышает теплообразование и суживает кожные сосуды, уменьшая теплоотдачу. Регуляция теплообмена в целом организме находится под контролем коры больших полушарий головного мозга. 5. Гипотермия и гипертермия Если человек длительное время находится в условиях значительно повышенной или пониженной температуры окружающей среды, то механизмы теплообразования и теплоотдачи могут оказаться недостаточными. Происходит переохлаждение тела – гипотермия или перегревание – гипертермия. Гипотермия – состояние, при котором температура тела становится ниже 350С. Быстрее всего гипотермия возникает при погружении в холодную воду. В этом случае вначале возбуждается симпатический отдел вегетативной нервной системы, рефлекторно ограничивается теплоотдача и усиливается теплопродукция, возникает мышечная дрожь. Через некоторое время температура тела начинает снижаться. Исчезает чувствительность, ослабляются рефлекторные реакции, понижается возбудимость нервных центров. Резко снижается интенсивность обмена веществ, потребность в кислороде снижается на каждый 10 на 5-6%, замедляется дыхание, урежаются сердечные сокращения, снижается сердечный выброс, понижается артериальное давление и при температуре тела 24-250С оно может составлять 15-20% от исходного. При относительно кратковременных и не чрезмерно интенсивных воздействиях холода на организм изменений теплового баланса и понижения температуры внутренней среды не происходит. В то же время это способствует развитию простудных заболеваний и обострению хронических воспалительных процессов. При длительном воздействии на организм низкой температуры может наступить гибель организма. Гипертермия – состояние, при котором температура тела поднимается выше 370С. Гипертермия возникает при продолжительном действии высокой температуры окружающей среды, особенно при влажном воздухе, т.е. небольшой эффективности потоотделения. Резкая гипертермия, при которой температура тела достигает 40-410С, сопровождается тяжелым общим состоянием организма и носит название теплового удара. Ответная реакция организма на действие высоких температур выражается, прежде всего, в расширении поверхностных кровеносных сосудов, повышении температуры кожи, усилении потоотделения, возникновении тепловой одышки, изменении поведения и позы, способствующих интенсивной теплоотдаче, происходит также незначительное снижение уровня обмена веществ. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА Учебное пособие для студентов всех форм обучения Составители: Деминская Л.А., Партас И.Г. Печать: лазерная Государственная образовательная организация высшего профессионального образования «Донецкий институт физической культуры и спорта» Кафедра анатомии и физиологии г. Донецк-48, ул.Байдукова, 80 |