Fizjologia - wyklad 9 - Termoregulacja
Termoregulacja a gospodarka wodno-elektrolitowa organizmu
Termoregulacja polega na dostosowaniu ilości ciepła wytwarzanego w organizmie (termoregulacja chemiczna) i ciepła wymienianego między organizmem, a otoczeniem (termoregulacja fizyczna) do potrzeb bilansu cieplnego w sposób zapewniający utrzymanie homeostazy termicznej w zmiennych warunkach środowiska.
Homeostaza jest to zdolność organizmu do utrzymania stałości środowiska wewnętrznego np. stałej temperatury, stałego ciśnienia osmotycznego dzięki mechanizmom dostosowawczym organizmu człowieka związanym z czynnością układu nerwowego i gruczołów wydzielania wewnętrznego działającym na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego (przeciwdziałającego np. podwyższeniu temperatury ciała.)
Układ termoregulacji składa się z trzech podstawowych elementów. Są nimi:
1. termoreceptory i termodetektory - struktury wrażliwe na zmiany temperatury otoczenia lub temperatury wnętrza ciała,
2. ośrodek termoregulacji - przetwarza informacje ze struktur wrażliwych na temperaturę,
3. efektory układu termoregulacji.
Termoreceptory zlokalizowane są głównie w skórze, w mięśniach, w górnych drogach oddechowych, ścianach naczyń żylnych, a także w niektórych odcinkach: przewodu pokarmowego, podwzgórza i rdzenia kręgowego. Ich funkcja polega na dostarczaniu informacji, zarówno o bezwzględnej temperaturze, jak i o jej zmianach, do ośrodkowego mechanizmu regulacyjnego oraz świadomości człowieka, dzięki czemu odczuwa on zimno lub ciepło. Ze względu na kryterium czynnościowe termoreceptory dzielą się na receptory zimna i ciepła. Termoreceptory wrażliwe na zimno są liczniejsze od wrażliwych na gorąco.
Ośrodek termoregulacji zlokalizowany jest w międzymózgowiu, a dokładniej w podwzgórzu. Składa się on z dwóch części:
ośrodek eliminacji ciepła mieści się on w przedniej części podwzgórza i kontroluje utratę ciepła,
ośrodkiem zachowania ciepła znajduje się on w tylniej części podwzgórza i zatrzymywanie ciepła w ustroju oraz stymulację jego produkcji.
Obie te części ośrodka termoregulacji są ze sobą połączone drogami biegnącymi po obu stronach w bocznej części podwzgórza
Głównymi efektorami termoregulacji fizycznej są układ krążenia i gruczoły potowe, a efektorami termoregulacji chemicznej przede wszystkim mięśnie szkieletowe, wątroba i tkanka tłuszczowa. Zmiana stanu czynnościowego efektorów prowadzi do zwiększenia lub zmniejszenia utraty ciepła przez organizm (efektory termoregulacji fizycznej), bądź też zmniejszenia lub zwiększenia tempa wytwarzania w organizmie ciepła metabolicznego (efektory termoregulacji chemicznej).
Bilans wodny organizmu
Woda występuje we wszystkich tkankach i płynach ustrojowych człowieka. U dorosłego człowieka zawartość wody wynosi około 70% masy ciała, co stanowi ok. 50 litrów. Z tego ok.:
35 litrów znajduje się wewnątrz komórek,
10 litrów znajduje w płynach tkankowych
5 litrów w osoczu krwi.
W poszczególnych organach zawartość wody wynosi w:
mięśniach około 75 % ich masy
krewi - 82 %,
wątrobie - 74 %,
kościach - 46 %,
zębinie - 92 %.
Rola wody w organizmie jest różnorodna. Przede wszystkim:
jest ona rozpuszczalnikiem wielu składników, które w postaci roztworów są rozprowadzane po całym organizmie.
jest niezbędna do zachowania stałego składu tkanek i cieczy oraz prawidłowego krążenia cieczy w organizmie,
jest czynnikiem warunkującym prawidłowy przebieg trawienia i wchłaniania.
umożliwia równomierne rozprowadzanie ciepła i ułatwia jego wydalanie z organizmu.
usuwa z ustroju produkty przemiany materii
Dłużej trwające niedobory wody w organizmie prowadzą do poważnych zaburzeń wielu podstawowych procesów życiowych. Po utracie około 10% wody występuje znaczne obniżenie sprawności fizjologicznej, a utrata 15-20 % ogólnej ilości wody może doprowadzić nawet do śmierci.
Źródła wody w organizmie człowieka to:
1. Płyny - w naszym umiarkowanym klimacie minimalne spożywanie dziennie płynów dla prawidłowego funkcjonowania organizmu powinno wynosić do 1 do 1,5 litra.
2. Pokarmy stałe. Najwięcej wody zawierają świeże owoce i warzywa, nieco mniej mięso i ryby, a mąka i nasiona strączkowe są ubogie w wodę.
3. Procesy przemiany materii. Przy spalaniu 100 g tłuszczu powstaje 105 g wody, ta sama ilość węglowodanów daje 55g wody, a 100g białka daje 41g wody. Spalanie wewnątrzustrojowe dostarcza 0,3 litra wody.
Tablica 1 Przeciętnie człowiek potrzebuje około 2,8 litra wody dziennie. W bilansie tym dwie pozycje są względnie stałe: po stronie przychodu spalanie ustrojowe, Po stronie rozchodu wydalanie wody przez płuca. W klimacie umiarkowanym nadmiar wody wydany jest przez nerki.
TABLICA 1 Bilans gospodarki wodnej organizmu
Dostarczanie wody |
Ilość w litrach |
Drogi wydalania wody |
Ilość w litrach
|
Napoje |
1,5 |
Z moczem |
1,5 |
Pożywienie |
1,0 |
Przez skórę |
0,6 |
Spalanie w ustroju |
0,3 |
Przez płuca |
0,55 |
|
|
Z kałem |
0,15 |
Razem |
2,8 |
Razem |
2,8 |
Odwodnienie podczas pracy
Równowaga wodno-mineralna zostaje naruszona przy intensywnej pracy fizycznej, a szczególnie przy zwiększającej się utracie wody przez skórę pod wpływem gorąca. W warunkach pracy zawodowej występuje ujemny bilans wodny do 1-2 litrów w czasie zmiany roboczej. Ogólna utrata wody, ujemny bilans elektrolitów i witamin rozpuszczalnych w wodzie nie zależy od ilości wody wypijanej przez pracownika. Odwodnienie powoduje zmniejszenie zdolności wysiłkowej i przyspiesza występowanie zmęczenia, a nawet tzw. wyczerpanie z odwodnienia.
Podczas pracy w warunkach wysokiej temperatury występuje znaczne wydzielanie wody drogą pocenia się. Picie zwykłej wody. nie wzbogaconej związkami mineralnymi, może wywoływać wymioty, skurcze i osłabienie. Korzystne jest picie wody małymi, często przyjmowanymi porcjami, a zwłaszcza płynów z dodatkiem owocu dzikiej róży.
Bilans cieplny organizmu ludzkiego podczas pracy
Zależy on od ilości ciepła wytworzonego w organizmie podczas pracy oraz od ilości ciepła oddawanego otoczeniu, bądź z otoczenia pobieranego.
Warunkiem właściwego samopoczucia człowieka oraz odpowiedniej jego sprawności jest utrzymanie przez organizm ludzki, w każdych warunkach w jakich się znajdzie, równowagi cieplnej tj. temperatury ciała w granicach 36,8OC. Powstający zatem podczas przemiany materii oraz pracy nadmiar ciepła musi być odprowadzony z organizmu do otoczenia przez:
parowanie, czyli usuwanie nadmiaru ciepła z organizmu przez wodę wydalana przez płuca i skórę. Utrata wody drogą parowania nie przekracza zwykle 1 kg/godzinę i może dochodzić do 14 litrów na dobę.
konwekcję, czyli unoszenie ciepła z organizmu przez powietrze,
przewodnictwo, czyli oddawanie ciepła przedmiotom i elementom otoczenia o niższej temperaturze przez bezpośredni kontakt, zetknięcie z nimi.
promieniowanie czyli oddawanie ciepła w wyniku zetknięcia ciała z chłodniejszą masą powietrza otaczającego.
Problem nie istnieje jeśli praca wykonywana jest w środowisku chłodnym, bo odprowadzenie ciepła z organizmu do otoczenia jest wówczas intensywne.
W środowisku gorącym sprawność mechanizmów termoregulujących organizmu może okazać się nie dostateczna z punktu widzenia potrzeb eliminacji ciepła metabolicznego i uzyskiwanego z otoczenia, w wyniku czego wzrost temperatury ciała może wywołać udar cieplny, a nawet śmierć człowieka.
Nie ulega wątpliwości, że w miarę obniżania się własności chłodzących powietrza w sposób wyraźny spada także wydajność pracy. Zależność między wydajnością pracy, a temperaturą efektywną powietrza przedstawia wykres nr 1
W cieplnych warunkach pracy decydujący wpływ na zachowanie bądź naruszenie równowagi cieplnej w organizmie ludzkim, oraz komfort pracy, mają takie parametry powietrza jak:
Temperatura -jej bezpośredni wpływ na człowieka związany jest możliwością oddawania ciepła przez organizm ludzki
Wilgotność- decyduje ona o chłodzącym działaniu powietrza na organizm ludzki. Im mniejsza jest bowiem wilgotność względna powietrza, czyli im mniej pary wodnej zawiera ono w sobie, tym więcej pary wodnej może to powietrze jeszcze pobrać, a tym samym więcej wilgoci zawartej w pocie ludzkim może ono wchłonąć i odprowadzić.
Gdy wilgotność powietrza jest duża, nie może zachodzić intensywne parowanie potu i wydalanie potu z organizmu do otoczenia jest ograniczone, a przy 100% wilgotności względnej niemożliwe ze względu na całkowite nasycenie powietrza parą wodna.
W zależności od wilgotności względnej organizm ludzki odczuwa powietrze przy wilgotności względnej:
poniżej 40% |
_ |
jako bardzo suche |
przy 40÷60% |
_ |
jako suche |
przy 60÷80% |
_ |
jako normalne, występują najlepsze warunki klimatyczne |
przy 80÷95% |
_ |
jako wilgotne |
powyżej 95% |
_ |
jako bardzo wilgotne, może wystąpić zagrożenie życia |
Prędkość przepływu
Powietrze jest złym przewodnikiem ciepła, dlatego unoszenie ciepła (konwekcja) z organizmu człowieka może zachodzić tylko wtedy, gdy istnieje ruch powietrza względem skóry. W powietrzu stojącym chłodzenie ciała ludzkiego przez konwekcje nie zachodzi, ponieważ cienka warstwa powietrza, po nagrzaniu się do temperatury ciała przylega do skóry skutkiem czego ciepło oraz pot nie może przenikać w głąb atmosfery powietrznej otaczającej człowieka. Dopiero ruch powietrza powoduje ciągłą wymianę warstw powietrza przylegających do ciała, a tym samym umożliwia utratę ciepła przez konwekcję.
Im większa jest wilgotność względna powietrza i im intensywniejsze jest pocenie się skóry, tym szybszy powinien być ruch powietrza względem ciała ludzkiego. Zwiększenie prędkości powietrza wpływa bowiem na poprawę warunków klimatycznych przez:
zwiększenie wymiany cieplnej między człowiekiem i otaczającym go powietrzem
zmniejszenie możliwości nagrzania powietrza od otaczających elrmentów środowiska pracy.
Intensywność chłodzenia.
Intensywność chłodzenia lub natężenie chłodzenia K określa ilość ciepła odebraną z 1cm2 powierzchni ciała ludzkiego w jednostce czasu (w 1s) spowodowaną wspólnym działaniem temperatury, wilgotności i prędkości powietrza.
Jednostką natężenia chłodzenia jest 1 katastopień (mcal/s•cm2), który określa ilość ciepła odprowadzanego z ciała ludzkiego o temperaturze 36,5OC
przez unoszenie _ katastopnie suche KS
przez unoszenie i parowanie _katastopnie wilgotne KW
Różnica KW-KS wyraża ilość ciepła wydalaną z organizmu przez parowanie.
1
4