1

Заняття 3. Фізіологія теплообміну

В нормі температура тіла, виміряна в ггідмиш-ковій області, коливається від 36 до 37°С. У дітей температура тіла на 0,3-0,4°С вища, ніж у дорослих, а у осіб похилого віку вона знижується до 35-36°С.

Зміна температури тіла викликає суттєві змі­ни функціонального стану вегетативних органів. Так зростання температури тіла на ГС викликає прискорення серцебиття на 8-10 ск/хв. Таким чи­ном за величиною зростання ЧСС в стані спокою можна судити про зростання температури тіла. Під­вищення температури тіла вище 37°С є реакцією організму на інфекції (бактерії, грибки, віруси та їх токсини) або ж які-небудь інші шкідливі агенти (отрута, продукти білкового обміну, наявні запа­льні процеси тощо).

Існують добові і статеві особливості терморе­гуляційних реакцій. У чоловіків інтенсивніша дія­льність серця і виділення поту, як у нейтрально­му (25°С), так і в теплому (32°С) та гарячому (40° С) середовищах. Метаболічні зміни в організ­мі чоловіків під впливом температурного фактора також більш виразні, ніж у жінок.

Приблизно у 10 % здорових осіб температура тіла може бути на 0,5°С вищою або нижчою від норми. У більшості осіб температура в підмишко-вих западинах зліва і справа також різна — зліва на 0,1-0,3°С вища, ніж справа. Підвищення темпе­ратури крові інфікованого організму (лихоманка) для багатьох збудників захворювань є фактором пригнічуючим їх розмноження. Лихоманка -- це не пасивне перегрівання, а активна реакція орга­нізму, яка необхідна йому в боротьбі з хворобою.

Фактором, що активізує механізм лихоманки є пірогенні (жароутворюючі) речовини, які вхо­дять до складу різних бактерій, а також клітин тіла людини. При вивільненні з клітини пірогенні речовини діють на специфічні нервові закінчення тканин і органів. Як наслідок змінюється тонус центрів терморегуляції. Спочатку різко пригнічує­ться тепловіддача і зростає теплоутворення. Тем­пература тіла зростає або повільно, або різко, що пояснюється неоднаковою кількістю нервових за­кінчень в окремих органах.

Після початкового підняття температури іде фаза її стабілізації. В цей період процеси теплоутво­рення і тепловіддачі врівноважуються, активізую­ться біохімічні, імунологічні і фізіологічні проце­си, підвищується активність ферментів, які поси­люють обмін речовин, активізуються лейкоцити.

Вченими встановлено, що штучне пригнічен­ня лихоманки досить часто погіршує перебіг хво­роби. В ряді випадків лікарі навіть штучно викли­кають стан лихоманки при лікуванні неспецифіч­ного поліартриту, екземи, фурункульозу тощо. Звичайно, надмірне зростання температури може

при цьому може збільшитись до половини усієї маси тіла. При підвищенні температури повітря внаслідок розширення кровоносних судин шкіри зовнішня межа ядра може знаходитись біля самої поверхні тіла. і ,

Температура поверхні тіла має проміжну ве­личину між температурою ядра і температурою довкілля. При збільшені периферичного кровоо­бігу передача тепла від ядра до поверхні тіла зро­стає, температура шкіри підвищується до темпе­ратури ядра.

Про температуру ядра судять, вимірюючи її в прямій кишці (ректальна температура), поблизу барабанної перетинки (тампінальна температура), у стравоході (езофагальна температура), в ротовій порожнині (оральна температура) та в пахових впа­динах. Під пахвами нормальною вважається тем­пература 36,6-36,9°С, вона приблизно на 0,05°С нижча від температури ядра.

Показником внутрішньої температури є рек­тальна температура, яка в прямій кишці на глибині 5 см дорівнює 37°С. Досить стабільна і оральна температура (37°С) з індивідуальними коливан­нями в межах 35,8-37,8°С. Нормальна температу­ра шкіри складає 29,5-33,9°С. Деякі внутрішні ор­гани, наприклад, печінка, мають більш високу те­мпературу ніж ректальна (37,8°С).

Для оцінки температури ядра і оболонки виз­начають середню температуру шкіри (СТШ). Для цього вимірюють температуру шкіри в семи стан­дартних ділянках тіла (стопа, стегно, груди, спина, кисть, плече, голова) і кожну з цих температур мно­жать на число, яке відповідає площині даної части­ни від загальної поверхні тіла. Середня температу­ра шкіри в комфортних умовах спокою:

СТШ = 0,071 ■ Т + 0,32 ■ Т + 0,18 • Т . +

стопи І стегна ⁷ грудей

- 0,14 • Т + 0,05 • Т . + 0,07 • Т

■ плеча кисті ' голови

Згідно методики Н.К.Вітте (1956), СТШ виз­начається в п'яти точках шкіри (в ділянці лоба — Т_л, груді — Т , шкіри кисті — Т_к, шкіри стегна — Т._т, шкіри гомілки — Т_ш) за формулою:

СТШ=0,07 Т +0,51 Т +0,18 Т +0,21 Т +0,05 Т .

' л ' ір ' ст ³ гм ' к

Величина СТШ залежить від режиму трену­вань і відпочинку, періоду доби, місця проведення тренувань. В приміщенні показники СТШ більш високі, ніж за межами спортивних залів, на повіт­рі. Максимальне значення СТШ у спортсменів від­мічається в 11-ій (35,5 + 0,1°С) і в 16-ій год (35,3 + 0,2°С). Протягом доби СТШ коливається в межах 1,2°С (В.І.Дубровський, 1991). Дані добо­вих коливань СТШ використовуються при вив­ченні біоритмів, а також для визначення найбільш доцільного часу проведення тренувальних занять і змагань.

Протягом доби температура коливається в ме­жах 0,8-1,2°С. Максимальна (до 37°С) вона в 16-18 год вечора, мінімальна (36,0°С) о 3-4 год ранку (рис. 36). Динаміка цих коливань відображає цир-кадиий (добовий) ритм коливань функціональної активності організму людини, пов'язаний зі змі­ною дня і ночі. Допустимими відхиленнями тем­ператури ядра, при яких не порушується фізична і розумова працездатність, вважається 33-41 °С.

негативно впливати на перебіг захворювання. Ме­жею, коли негативний вплив лихоманки починає перевищувати позитивний, вважається величина біля 38°С. Цей показник досить індивідуальний і вирішувати питання приймати жаропонижаючі препарати, чи ні, повинен лише лікар.

Третя стадія переобігу лихоманки характери­зується перевагою процесів тепловіддачі над теп­лопродукцією. Найчастіше вона проявляється ря­сним потовиділенням. Відсутність даної фази свід-I чить про глибокі порушення терморегуляції — мо­жливість перегрівання і значних ускладнень щодо одужання.

3. Фізіологічні механізми підтримання температурного гомеостазу

Підтримання сталості температури тіла дося­гається шляхом постійно діючих процесів тепло­утворення і тепловіддачі (рис. 37).

Теплоутворення (хімічна терморегуляція). Утворення тепла в організмі відбувається голов­ним чином внаслідок хімічних реакцій метаболіз­му. Вважається, що в умовах спокою окислюється 2/3 жирів і 1/3 вуглеводів (дихальний коефіцієнт 0,8, калоричний еквівалент кисню — 4,8 ккал.). За таких умов величина теплопродукції чоловіка ма­сою тіла 70 кг при споживанні кисню 0,3 л за 1 хв становитиме 1,44 ккал/хв або 86,4 ккал/год, або 2070 ккал за добу.

Питома теплоємність (кількість тепла, що не­обхідна для підвищення температури даної ^ткани­ни тіла на ГС) різних тканин неоднакова. її сере­дня величина — 0,83 ккал/кг тканини або 58,1 ккал для чоловіка масою 70 кг (теплоємність води — 1 ккал на 1 кг води). Звідси температура тіла лю­дини в стані спокою за рахунок теплоутворення мала б зростати через кожну годину на 1,24°С (72 ккал : 58,1 ккал). Проте цього на спостеріга­ється завдяки постійному тепловиділенню.

В стані спокою теплопродукція розподіляєть­ся всередині тіла так: м'язи — 20%, печінка — 20%, головний мозок — 18%, серце - 11%, нирки — 7%, шкіра — 5%, інші тканини разом — 19%. При м'я­зовій роботі утворення тепла зростає паралельно із зростанням інтенсивності роботи. Механічна ефективність роботи при цьому коливається від нуля (при статичній роботі) до 30% (при динаміч­них навантаженнях). Таким чином біля 70% теп­ла, що утворюється в працюючих м'язах перетво­рюється в тепло. При важкій роботі кількість теп­ла, що утворюється в м'язах, може досягти 95% від усієї теплопродукції організму. Температура тіла при цьому може зрости до 42°С.

Тепловіддача (фкіичиа терморегуляція). Відда­ча тепла у довкілля здійснюється фізичними проце­сами: теплопроведенням, випромінюванням (радіа­цією) і випаровуванням. Для віддачі тепла теплопро­веденням і радіацією необхідно, щоб температура поверхні тіла була більшою, ніж температура довкілля, а для потовиділення — більш низький тиск водяної пари на поверхні тіла, ніж в навколишньо­му повітрі. Незначна частина тепла виділяється че­рез легені з видихуваним повітрям, через нирки (з сечею) і травний тракт (з калом).

Теплопроведенням здійснюється обмін тепла між двома об'єктами, які знаходяться в безпосе­редньому контакті між собою. Розрізняють тепло-проведення кондукцією і конвекцією. Кондукція — це передача тепла від більш нагрітого тіла до менш нагрітих навколишніх предметів, з якими тіло безпосередньо стикається. При конвекції пе­редача тепла проходить в умовах, коли тіло руха­ється в просторі або вітер обдуває тіло. Віддача тепла тілом шляхом кондукції відбуватиметься ли­ше в тому випадку, коли температура поверхні ті­ла більша від температури навколишнього повітря. Якщо ж тіло має однакову температуру з навко­лишнім повітрям, то теплообмін шляхом кондук­ції не відбувається. Ефективність тепловіддачі шля­хом теплопроведення залежить від площі відкри­тої поверхні, адже закриті частини тіла (пахові впа­дини, внутрішня поверхня стегон тощо) не беруть участі в тепловіддачі.

Кондукція — малоефективний спосіб тепло­віддачі. Це пояснюється тим, що шар повітря, який безпосередньо стикається з тілом, швидко нагрі­вається і для подальшого тепловиділення пови­нен бути замінений іншим шаром повітря (пере­хід кондукції в конвекцію). Чим швидше рухаєть­ся повітря або сам спортсмен, тим більша віддача тепла конвекційно. При нейтральних умовах дов­кілля (мінімальна швидкість руху повітря при тем­пературі повітря 29°С) за рахунок теплопроведен­ня здійснюється біля 40% тепловитрат.

Значно посилюється тепловіддача шляхом теп­лопроведення у воді, що зумовлено високою теп­лоємкістю води, яка в 20 разів більша теплоєм­кості повітря. Саме тому людина не може трива­лий час знаходитись у холодній воді.

Випромінювання (радіація). Поверхня тіла ви­промінює електромагнітну енергію у вигляді фо­тонів. Розповсюджуючись у довкіллі із швидкістю світла, фотони адсорбуються різноманітними більш холодними предметами. Теплообмін випромінюван­ням може здійснюватись на віддалі.

Величина тепловитрат випромінюванням за­лежить не лише від різниці температур поверхні тіла і навколишніх предметів, а й від величини поверхні тіла, температури, вологості і руху повіт­

ря. Значну кількість тепла тіло людини може оде­ржувати за рахунок сонячного теплового випро­мінювання. Темна загоріла шкіра отримує більше падаючого на тіло сонячного випромінювання (бі­ля 80%), ніж біла, не загоріла (65%).

Випаровування (потовиділення) — процес пе­ретворення рідини (поту) в газоподібний стан (ча­стинки пару). Тепло на випаровування береться безпосередньо з поверхні тіла, що і зумовлює його охолодження. На випаровування Імл поту витра­чається 0,58 ккал (2,35 кДж) енергії. В звичайних умовах протягом доби людина витрачає на випа­ровування біля 500 ккал тепла. В тропіках, де тем­пература повітря рівна або вища температури ті­ла, протягом доби з потом виділяється до 3000 ккал тепла (біля 5 л поту); при м'язовій роботі тепло­витрати на потовиділення можуть досягти 2000 ккал/год. Потовиділення є основним механі­змом тепловиділення при м'язовій роботі.

Ефективність потовиділення значною мірою залежить від насичення повітря водяними пара­ми. При різних температурних умовах випарову­вання тим більше чим менший вміст водяних па­рів в повітрі. Тому людиною легше переноситься температура в 100Х в сауні, ніж 60°С в звичайній мокрій лазні; потовиділення значно посилюється при збільшені швидкості руху повітря (конвекції).

Потовиділення є наслідком діяльності пото­вих залоз. Потіння відчувається по вологості шкі­ри і називається відчутною перспірацією. У люди­ни, що знаходиться в стані відносного спокою, при комфортній температурі випаровування води з по­верхні шкіри незначне (біля 15% загальних тепло­витрат тіла), а тому не викликає помітної зміни вологості тіла і не відчувається людиною (невід­чутна перспірація).

Слід пам'ятати, що витрати тепла на потови­ділення найбільші за умови, коли виділений на поверхню шкіри піт випаровується, якщо ж піт не випаровується, а лише стікає з поверхні шкіри, то охолоджуючий ефект від потіння незначний.

У шкірі людини є близько двох мільйонів пото­вих залоз. Активізація потових залоз окремих діля­нок тіла у різних людей різна. Є люди, в шкірі яких потових залоз дуже мало або ж вони взагалі відсутні.

Передача тепла всередині тіла. Передача те­пла в організмі від місць його утворення до шкіри або до епітеліальних клітин дихальних шляхів і далі в довкілля здійснюється за допомогою меха­нізмів теплопроведення, циркулярної конвекції (ру­ху крові по кровоносним судинам), перерозподілу крові в організмі і змін загальної кількості цирку­люючої крові.

На холоді більшість кровоносних судин (особ­ливо артеріальних) шкіри звужуються і переваж­на більшість крові надходить в судини черевних органів, як наслідок — тепловіддача зменшується. При сильному охолодженні додатково закриваю­ться прекапілярні сфінктери і відкриваються ар­теріовенозні анастомози (рис. 38). При високій зов­нішній температурі, навпаки, внаслідок розширен­ня судин шкіри і збільшення надходження теплої крові до шкіри тепловіддача зростає. Збільшенню кількості циркулюючої по судинам шкіри крові при високій зовнішній температурі сприяє пере­ходу води з тканин в кров, а також переходу крові в кровоток з кров'яних депо (судин селезінки, пе­чінки, шкіри, легень).

Підтримання температурного гомеостазу ор­ганізму значно ускладнюється за умови поєднан­ня фізичної роботи з дискомфортним кліматом.

Термогомеостатичність організму — це його здатність протидіяти змінам термічної сталості вну­трішнього середовища. її оцінюють за величиною швидкості приросту температури тіла при зада­них ерготермічних впливах.

Забезпечення термогомеостатичності здійсню­ється шляхом активізації механізмів терморегуля­ції (процесів теплоутворення і теплообміну з дов­кіллям), зв'язаних з економічністю реакцій термо-генезу, характером обміну речовини, теплопровід­ністю тканин, тепловою конвекцією з кровотоком, потовиділенням тощо.

В екстремальних ергетермічних ситуаціях (змагання спортсменів в умовах високої темпера­тури і вологості повітря) встановлення термічно­го гомеостазу стає неможливим і термогомеоста­тичність порушується. Вираженість цих поруше­нь залежить від величини максимальної термоста-тичності даної людини.

Термостатичність -- це спроможність орга­нізму зберігати нормальну життєдіяльність і ви­соку працездатність при порушенні термічного го­меостазу. Вона залежить від терморезистентності тканин, досконалості процесів терморегулювання.

Величину граничної термостатичності органі­зму оцінюють за величиною екстремального при­росту температури тіла, часу перенесення ерготе­рмічних впливів (В.В.Насолодін і інші, 1988).

Висока фізіологічна стійкість до ер-готермічних впливів, підтримання висо­кої працездатності і збереження здоро­в'я в несприятливих умовах можливі ли­ше при наявності великого об'єму ре­зервів підтримання температурного го­меостазу.

Підвищення ергостатичної стійкос­ті (термоадаптивності) забезпечується шляхом збільшення опірності організму пгіоти перегрівання. Підтвердженням цього є більш високий рівень терморе-зистентності еритроцитів і менш вираз­на реакція фізіологічних систем на гі­пертермію. Вдосконалення ерготермічної стійкості досягається зниженням влас­ного тепловироблення внаслідок меншої участі ліпідів в обмінних процесах і бі­льшої економічності робочих рухів, а та­кож зменшенням ХОК, як показника, який зумовлює ефективність надходжен­ня тепла від поверхні тіла до його внут­рішніх органів.

В умовах низької вологості повітря істотно збільшується потовиділення. За даними В.М.Максимовича (1985), зав­дяки вдосконаленню нервових механіз­мів терморегуляції середня величина потовиділення у обстежуваних після адаптації до тепла і фізичного наванта­ження зменшилась з 13 г/хв до 9 г/хв. В умовах адаптації до фізичної роботи у во­логій жарі потовиділення, як малоефек­тивний механізм тепловіддачі, зменшу­ється на 20% і більше.