В теплорегуляции жизнедеятельности человека участвуют от 2 до 4 миллионов экзокринных потовых желез, беспорядочно и неравномерно разбросанных по всей поверхности тела. В отличие от апокринных потовых желез, которые имеют тенденцию к скоплениям (на лице и руках, в осевых и половых областях) и выделяют пот в волосяные фолликулы, экзокринные железы выделяет пот непосредственно на поверхность оболочки тела. Этот пот без запаха, он бесцветный и относительно разбавлен или растворен, так как это - ультрафильтрат плазмы. Таким образом, он имеет высокую скрытую теплоту парообразования и идеально удовлетворяет цели охлаждения. Пример эффективности этой системы охлаждения: работающий человек в перерасчете на стоимость потребляемого кислорода в объеме 2.3 литров в минуту производит в чистом виде метаболической теплоты (M-W), в количестве, приблизительно, до 640 Вт. Если бы не было потоотделения, то температура тела повышалась бы на каждые 6-7 минут. При эффективном испарении, составляющем, примерно, 16 г пота в минуту (разумная норма тепловых потерь), выделение тепла может соответствовать норме, и внутренняя температура тела может поддерживаться в равновесном состоянии; то есть:
Вазодилятация кожиКоличество тепла, переданного от ядра к оболочке тела, является функцией кровотока оболочки тела (Поверхностный кровоток SkBF), температурного градиента между ядром и оболочкой тела, а также удельной теплоемкости крови (немного меньше, чем на литр крови). В состоянии покоя, когда еще не включена терморегулирующая среда, оболочка получает в одну минуту приблизительно 200 - 500 мл кровотока, что составляет только 5 - 10 % от полного объема крови, перекачиваемого сердцем (функциональное состояние сердца). Из-за температурного градиента в между (около ) и (около при таких условиях), метаболическая теплота, произведенная телом, чтобы поддержать жизнь, постоянно подкачивается к оболочке тела для последующего рассеяния. По контрасту, при условии возникновения неблагоприятной гипертермии, характерной для производства тяжелых работ в жарких условиях, перепад температур между " ядром и кожей " является меньшим, а необходимая теплопередача осуществляется большими увеличениями массы крови в поверхностном кровотоке SkBF. При максимальных значениях тепловой нагрузки величина поверхностного кровотока SkBF может достигать 7 - 8 литров в минуту, что составляет около одной трети всего перекачиваемого объема крови при нормальном функциональном состоянии сердца (Rowell 1983). Этот мощный кровоток достигнут благодаря еще не до конца понятому уникальному механизму в организме человека, который называется активная сосудорасширяющая система . Активная вазодилятация включает сигналы симпатического нерва, идущие от гипоталамуса к системе мелких артерий внутри оболочки тела, но нейромедиатор пока еще не определен. Как уже было сказано, поверхностный кровоток SkBF прежде всего чувствителен к увеличениям температуры тела и, в меньшей степени, температуры кожи. Температура тела повышается тогда, когда включается мускульная работа мышц и начинается метаболическое выделение тепла. Как только достигается некоторый порог чувствительности к , поверхностный кровоток SkBF также начинает быстро увеличиваться. На эти основные терморегулирующие отношения оказывают влияние также нетепловые факторы. Этот второй уровень регуляции важен в том отношении, что изменяет поверхностный кровоток SkBF тогда, когда сердечно-сосудистой стабильности в целом угрожает опасность. Вены, выходящие на поверхность тела, легко поддаются регуляции, а ведь через них проходит значительная часть того, что их наполняет. Это свойство помогает при теплообмене: замедляя капиллярное кровообращение, оно тем самым увеличивает время прохождения содержимого через капилляры; однако, это объединение функций вкупе с фильтрацией от потения может также приводить к сокращению темпов перекачки крови к сердцу. К числу нетепловых факторов, которые, как уже было показано, способны влиять на поверхностный кровоток SkBF непосредственно в ходе работ, причисляются вертикальное положение, дегидратация и приточно-вытяжное дыхание (использование респиратора). Их действие осуществляется через рефлексы, которые включаются тогда, когда сердечное давление наполнения уменьшено, а рецепторы растяжения, зафиксированные в больших венах правой полости, разгружены. Поэтому в ходе длительной работы на открытом воздухе в вертикальном положении они становятся наиболее очевидными. Эта функция со стороны рефлексов необходима для того, чтобы поддерживать артериальное давление и, в случае работы, обеспечивать адекватный кровоток к активным мышцам. Таким образом, уровень поверхностного кровотока SkBF в любое время представляет собой совокупный результат функционирования, как терморегулирующих механизмов, так и реакций рефлексивного типа нетеплообменного происхождения. Потребность в увеличении поверхностного кровотока с тем, чтобы облегчить температурное регулирование, оказывает серьезное влияние на способность сердечно-сосудистой системы к регуляции кровяного давления. По этой причине необходим скоординированный ответ всей сердечно-сосудистой системы на случай возникновения условий для перегрева человеческого организма. Какие происходят изменения в сердечно-сосудистой системе, которые учитывают это увеличение в поверхностном кровотоке и наращивание его объемов? При режимах работы, не требующих терморегуляции или значительных нагрузок, требуемое усиление функциональной сердечной деятельности достигается увеличением частоты сердечных сокращений (HR), поскольку объем хода всасывания (SV) становится минимальным, если принять, что интенсивность физических усилий превышает 40 % от максимума. В жарких условиях частота сердечных сокращений (HR) становится выше при любом режиме работы, поскольку наступает компенсация за сокращение центрального кровотока (CBV) и уменьшение объема хода всасывания (SV). При переходе на более высокие уровни самоорганизации достигается максимальная частота сердечных сокращений, но эта тахикардия уже неспособна к поддержанию необходимого функционального состояния сердца. Второй путь усиления поверхностного кровотока SkBF - это его отвод от таких систем как печень, почки и кишки (Rowell 1983). Эта переадресация потока может дополнительно обеспечить от 800 до 1,000 мл поверхностного кровотока в организме человека и устранить вредные последствия накопления крови в его периферийных полостях.
Температурная регуляция в жарких условияхКак было упомянуто выше, человек освобождается от избыточного тепла путем теплопередачи в окружающую среду, прежде всего с помощью таких средств, как радиация, конвекция и испарения. Чтобы облегчить этот обмен, включены и регулируются две первичные системы исполнительного механизма - вазодилятация оболочки тела и потовыделение. Так как вазодилятация оболочки организма часто приводит к незначительному увеличению тепловых потерь благодаря радиации и конвекции, то это происходит, прежде всего, для того, чтобы передать тепло от ядра до оболочки тела человека (внутренняя теплопередача), в то время как испарение пота обеспечивает чрезвычайно эффективные средства охлаждения крови до ее возвращения к глубоким тканям тела человека (внешняя теплопередача).
--------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------- Рис. 42.1 Модель терморегуляции в человеческом организме
и , соответственно. Точные морфологические исследования выявили местонахождение самого большого терморегулирующего устройства в области мозга, известного под названием предоптический или предшествующий гипоталамус (POAH). В этом месте расположены нервные клетки, которые реагируют как на нагрев (нейроны, чувствительные к теплу), так и охлаждение (нейроны, чувствительные к холоду). Эта область доминирует над системой управления температурой тела, принимая поступающую сенсорную информацию относительно температуры тела и посылая отводящие сигналы к оболочке, мышцам и другим органам, участвующим через посредство автономной нервной системы в температурном регулировании. Другие зоны центральной нервной системы (задний гипоталамус, ретикулярное образование в форме сетчатки, варолиев мост, костный и спинной мозг) формируют восходящие и убывающие связи с POAH и выполняют ряд вспомогательных функций. Система управления телом человека аналогична терморегулирующей функции бытового термостата, который может, как подогревать, так и охлаждать помещения в доме. Когда температура тела поднимается выше некоторой "установленной" теоретической отметки, то в работу включаются некий исполнительный элемент, связанный с охлаждением организма (потение, усиление притока крови к оболочке тела). Когда температура тела опускается ниже уровня установленной температуры, то к системе подключаются те элементы, которые отвечают за увеличение теплопотоков (уменьшающийся кровоток внутри оболочки тела, поеживание, дрожь и т.д.). Однако, в отличие от бытовых нагревательных и охладительных приборов, система терморегуляции у человека не работает как простая система включения - выключения. Она также может регулироваться и по отклонению от тильды, т.е. в зависимости от регулировочных характеристик. Необходимо учитывать, что установленное значение температуры существует только в теории и, следовательно, может быть использовано для визуализации теоретических представлений. Предстоит выполнить еще большой объем работ для более полного понимания механизмов, связанных с терморегулирующей функцией у человека. Безотносительно к причинам своего возникновения, температура, при которой происходит терморегуляция, довольно устойчива и не изменяется в зависимости от работы или температуры среды. Фактически, единственное острое возмущение, способное сдвинуть шкалу терморегуляции, заключено в группе эндогенных пирогенов, запускающих механизм соответствующих реакций в случае возникновения лихорадочного озноба. Реакции со стороны исполнительного элемента, который использует тело, чтобы поддержать тепловой баланс, вызываются в ответ на отклоняющие нагрузки , то есть температура тела постоянно колеблется вокруг неких заранее установленных значений (См. рис. 42.1). Внутренняя температура ниже пороговых значений терморегуляции организма создает рассеивающее отклонение нагрузки, приводя к увеличению теплопотоков (поеживание, дрожь, сужение сосудов на коже тела). Внутренняя температура выше пороговых значений терморегуляции создает положительное отклонение нагрузки, приводя к подключению элементов, ответственных за тепловые потери (вазодилятация оболочки тела, потовыделение). В каждом отдельном случае результирующая теплопередача уменьшает отклонение нагрузки и помогает восстанавливать температуру тела до обычно устойчивого состояния.
Физиологические реакции на перегрев
Комментариев нет:
Отправить комментарий