Каталог статей

Многие географические регионы характеризуются далеко не комфортным климатом, вследствие чего ребенок подвергается дополнительному стрессовому воздействию внешней среды, особенно во время занятий двигатель­ной активностью на открытом воздухе.

Климат может оказывать существенное, иногда даже критическое влияние на физические возможности, субъективное ощущение комфорта и состояние здоровья ребенка. Не­смотря на то, что дети обычно ведут более актив­ный образ жизни, чем взрослые, и их рекреационная активность происходит на открытом воздухе, реакция детского организ­ма на неблагоприятные условия внешней среды до последнего времени оставалась практически неизученной. Дело в том, что исследования в неблагоприятных для организма условиях могут причи­нять значительный дискомфорт и представлять риск для здоровья детей, что противоречит эти­ческим нормам.

В этой статье приводятся основные фи­зические и физиологические концепции терморегуляции.

Тепловой стресс и тепловое напряжение

Климатический тепловой стресс представ­ляет собой сочетание внешних условий, которые подвергают нагрузке систему терморегуля­ции организма.

Тепловое напряжение является физиологическим и психическим ответом на тепловой стресс. В одних и тех же условиях те­плового стресса два человека могут испытывать различное тепловое напряжение.

Температура внешней среды — это всего лишь один из компонентов климатического теплового стресса, при этом не обязательно наи­более важного. К числу других относятся влаж­ность воздуха, перемещение воздуха (ветер) и тепловое (инфракрасное) излучение. Основным источником последнего является солнце, однако при нагреве такие объекты, как искусственная беговая дорожка, также могут создавать замет­ное тепловое излучение.

Для оценки теплового стресса были пред­ложены различные показатели, учитывающие один или несколько из перечисленных выше компонентов. Широко распространенным является показатель "температура влажного термометра-психрометра" (WBGT), который разрабатывался для военных целей, однако применялся также в промышленности и спорте. Он учитывает температуру воздуха, влажность и тепловое излучение, которые измеряются при помощи трех термометров: сухого (DB), влаж­ного (WB) и ртутного (G):

WBGT = 0,7 WB + 0,2G + 0,1DB

В этом показателе вклад температуры воз­духа в тепловой стресс оценивается величиной 10%, тогда как теплового излучения — 20%, а влажности воздуха — 70%! Это означает, что относительно жаркий день в сочетании с высо­кой влажностью воздуха может оказаться более серьезной нагрузкой для организма по сравне­нию с очень жарким при низкой влажности воз­духа.

Для закрытых помещений, где тепловое излучение играет незначительную роль, применяют показатель WBT, который рассчитывают как сумму 0,7WB + 0,3DB. Показания психро­метра в полевых условиях может снимать тре­нер, педагог или врач команды.

Показатель "оптимальная температура", который учитывает влажность, температуру воздуха и скорость движения воздуха (ветра), подходит для оценки возможного теплового стресса внутри помещений. Другие показатели учитывают также тип одежды (которая может препятствовать испарению пота и рассеянию тепла), а также тип и интенсивность двигатель­ной активности. В чис­ло показателей теплового напряжения входят интенсивность потоотделения, ректальная тем­пература и температура кожи, а также ЧСС (частота сердечных сокращений).

Другие функции организма, такие, как крово­обращение в поверхностных сосудах, сердеч­ный выброс и дыхание, также играют важную роль в терморегуляции, однако измеряются гораздо реже. К психическим факторам, кото­рые, как считают, отражают степень теплово­го напряжения, относятся острота восприятия, температурный комфорт и ощущение интенсив­ности жары.

Термогенез и теплообмен

Живые клетки постоянно вырабатывают тепло. Основная доля этого метаболического тепла (М) вырабатывается мышцами и опреде­ляется интенсивностью и продолжительностью мышечной активности. Примерно 75—80% хи­мической энергии, расходуемой для сокраще­ния мышц, превращается в тепловую. Рассеяние этого тепла (которое может в 10 раз превышать основной обмен) представляет собой основную нагрузку на систему терморегуляции во время и после занятия физическими упражнениями.

Существует несколько механизмов, обе­спечивающих теплоотдачу организма во внеш­нюю среду: проведение, конвекция и излучение (радиация). Эти же механизмы обеспечивают и рассеивание тепла организмом. Направлен­ность и интенсивность теплообмена определя­ются градиентом температур кожного покрова и внешней среды (для проведения и конвек­ции) и градиентом температур кожного покро­ва и окружающих объектов (для излучения). Еще одним способом теплоотдачи является испарение пота или воды с кожных покровов и слизистых оболочек дыхательных путей. Для испарения 1 л воды при температуре 33°С требуется 2,43 МДж (580 ккал). Этот способ терморегуляции имеет особо важное значение во время интенсивной физической нагруз­ки или в случае высокой температуры окру­жающего воздуха, при которой рассеивание тепла посредством проведения, конвекции и излучения становится малоэффективным. Эф­фективность испарения в теплоотдаче зависит преимущественно от интенсивности потоотде­ления, а также от давления водяных паров в воздухе (высокая влажность препятствует ис­парению), скорости ветра и температуры воздуха (сильный ветер и высокая температура воздуха способствуют усилению испарения). Вследствие теплоизолирующих свойств воз­духа теплообмен между воздухом и кожными покровами путем теплопроведения практиче­ски отсутствует. В то же время в водной среде проведение является основным механизмом, обеспечивающим теплообмен, поскольку те­плопроводность воды в 25—30 раз выше по сравнению с воздухом.

Все эти компоненты образования тепла и его передачи могут быть объединены в уравне­ние теплового баланса:

М ± СD ± СV ± R - Е = S,

где М — метаболическое тепло; СD —проведе­ние; СV — конвекция; R — излучение; Е — ис­парение и S — тепло, сохраняемое телом.

В случае, когда S равно 0, сумма обра­зующегося в организме и проникающего из­вне тепла равна рассеиванию тепла, и можно считать, что организм находится в состоянии теплового баланса. Отрицательное значение S указывает на потери тепла организмом.

Во время занятий физическими упражнениями этого обычно не происходит даже в холодный день, если только тело не находится в воде. Обратите внимание на то, что проведение, конвекция и излучение в уравнении могут по­являться со знаком плюс или минус в зависи­мости от того, происходит поглощение тепла или теплоотдача. Испарение же появляется только со знаком минус, поскольку при испа­рении могут происходить только теплоотдача и охлаждение организма.

Терморегуляция

Существует узкий диапазон климатиче­ских условий, так называемая зона комфор­та, или оптимальная зона, в пределах которой метаболическое тепло пассивно рассеивается в окружающей среде. Тело при этом находится в состоянии теплового баланса без активно­го участия системы терморегуляции. Границы этой зоны не постоянны. Они определяются индивидуальными особенностями организма и изменяются в зависимости от уровня актив­ности индивидуума, его одежды, площади по­верхности тела и количества подкожного жира, обладающего теплоизолирующими свойствами.

У женщин они могут варьировать в зависимо­сти от фазы менструального цикла. В состоя­нии покоя для обнаженного человека средней упитанности зона комфорта находится в тем­пературном диапазоне 25—27 °С при относи­тельной влажности воздуха 50—60%. Любые отклонения от этой оптимальной зоны будут индуцировать через гипоталамические центры физиологический ответ.

В случае повышения температуры окружающей среды происходит расширение подкожных кровеносных сосудов, благодаря чему увеличивается конвекция тепла от ядра тела к его периферии. При этом по­вышается температура кожи, что способствует лучшей теплоотдаче путем проведения, конвек­ции и излучения. При дальнейшем нарастании теплового стресса потовые железы начинают вырабатывать пот, который, распространяясь по поверхности кожи, обеспечивает теплоотда­чу за счет испарения. Испарение пота у челове­ка является единственным важным механизмом теплоотдачи во время выполнения физических упражнений.

При небольшом понижении температуры окружающей среды происходит сужение пери­ферических кровеносных сосудов, что уменьша­ет передачу тепла от ядра тела к кожным покро­вам и теплоотдачу в окружающее пространство. Кроме того, возрастает уровень метаболических процессов в состоянии покоя. Последний процесс получил название индуцированного холо­дом теплообразования (термогенез). Дальней­шее понижение температуры внешней среды будет стимулировать дрожь (озноб), то есть ритмические, непроизвольные и некоординиро­ванные мышечные сокращения, которые увели­чивают уровень теплообразования и компенси­руют потери тепла. Интенсивная дрожь может сопровождаться усилением в пять раз теплооб­разования по сравнению с состоянием покоя.

Поддержание стабильной температуры тела (изотермия) достигается не только благодаря физиологическим процессам, но и при помощи изменения поведения. Сюда отно­сится использование одежды для увеличения те­плоизоляции, стремление находиться в тени или использование головного убора для уменьшения воздействия солнечного теплового излучения, использование вентилятора для усиления испарения или сворачивание "в клубок" в холодной кровати для уменьшения эффективной поверх­ности своего тела. Поведенческие средства тер­морегуляции позволяют нам расширить диапазон климатических условий, в котором наш организм может функционировать, и кроме того, способ­ствуют правильной организации занятий спортом и предотвращению заболеваний, вызванных перегреванием или переохлаждением организма.

Еще материалы по теме "Терморегуляция":

Характер и интенсивность потоотделения. Потовые и апоэкзокринные железы
Геометрические и физиологические параметры детского организма, имеющие отношение к терморегуляции
Глицерин